Palier 2 : maîtrise des connaissances et compétences. Culture Scientifique et Technologique «Les conditions du développement des végétaux» CM1 Classe de Georges Guenharo et Nathalie Veillerobe, Ecole Camille Claudel Lassy Janvier 2010 En bleu : accompagnement de P. sur des temps d'appropriation collectifs. En vert : phases d'évaluation. Ce diaporama illustre le synopsis de la séquence.
Pratiquer une démarche d'investigation : savoir observer, questionner. SEANCE 1 : Le défi, problème et hypothèses. La professeure explique le défi : un résultat d'expérience est présenté, il faudra la reproduire pour obtenir le même résultat. P. donne les conditions de la mise en oeuvre : 3X 30 graines semées le même jour, au même moment, dans des pots identiques, avec la même terre. Les élèves observent : des différences de couleur (nuances de vert) des différences de taille Il est établi qu'on obtient trois états différents mais sans précision de mesures pour les pots 2 et 3.
Formuler une hypothèse, argumenter. Les hypothèses des élèves sont notées au tableau et ensuite numérotées : 1 Quantité de lumière 2 Quantité d'eau 3 Graines non viables 4 Profondeurs des graines 5 Quantité de chaleur 6 Température de l'eau Quelques remarques d'élèves... 1 Les pots 2 et 3 ont fait de l'ombre au pot N 1 ou celui-ci était dans un endroit sombre. A l'inverse, certains élèves pensent que le pot N 1 a eu trop de lumière. 2 Les graines ont moins bien poussé car elles ont été trop arrosées ou pas assez arrosées. 3 P. redonne les termes «germer» et «germination». Les graines sont plus ou moins jeunes. 4 Les tiges des plantes du pot N 1 sont aussi grandes qu'en 2 ou 3 mais elles sont cachées par la terre.(image de l'iceberg donnée par un élève). 5 Évocation de la neige au départ de cette hypothèse. Il y a plus de tiges en 3 : un élève récapitule en énonçant les conditions optimum : ce pot a eu la bonne quantité de lumière, d'eau, de chaleur, les graines étaient viables, à la bonne profondeur...
Formuler une hypothèse et la tester Pour mettre à l'essai ces pistes de solutions, chaque élève va choisir UNE hypothèse et concevoir une expérience. Il expliquera d'abord celle-ci par écrit sur une feuille de route présentée par la professeure. A l'issue de cette expérience, dont la durée sera de 14 jours, il faudra pouvoir comparer avec l'expérience de référence du défi. D'où la nécessité de mesurer le dispositif présenté (car il va se transformer): Le nombre de tiges La hauteur de la plus grande tige de chaque pot. Pot N 1 : 7 cm 12 tiges Pot N 2 : 15 cm 5 mm 18 tiges Pot N 3 : 16 cm 39 tiges
Voici une feuille de route :
SEANCE 2 : Anticipation individuelle de l'expérience. Tout le cheminement qui a eu lieu en séance 1 est repris 2 fois : La professeure fait un rappel au début de la séance 2 sur la nature d'une hypothèse (c'est une croyance, elle ne dépend que de nous) et les quatre questions essentielles de la classe : Qu'est-ce qu'on cherche? Quelle est l'hypothèse? Quelle expérience pour pouvoir prouver? Quel matériel et quels outils pour observer et mesurer les résultats? La professeure reprend toutes les explications données en séance 1, en appui sur l'expérience de référence, pour un élève qui était absent et manifeste son incompréhension. Puis chaque élève rédige une feuille de route.
Les feuilles de route font apparaître deux tendances : 9 élèves appliquent la consigne : concevoir une expérience, sans anticiper sur le résultat. 18 élèves représentent le résultat attendu.
La représentation d'étapes de mise en place interfère avec la réflexion sur l'état du dispositif au démarrage de l'expérience pour 5 élèves.
On peut grouper les feuilles de route produites en 3 ensembles. Le dispositif permet de tester l'hypothèse et il permet d'isoler une seule variable pour 20 élèves. 3 pots sont dessinés, la variation est opérée sur : quantité d'eau ou quantité de lumière ou qualité des graines ou profondeur des semis. Seule une élève envisage de mesurer les variations opérées.
Le dispositif est adapté mais ne permet pas d'isoler une variable pour 2 élèves. Les graines sont à des profondeurs différentes dans chaque pot. La variable «profondeur» est neutralisée ici mais la quantité de lumière pour chaque pot n'est pas précisée. Le dispositif est inadapté, il ne permet pas de tester l'hypothèse pour 6 élèves : 1 élève n'a rien écrit. 2 élèves ont dessiné un pot ou le matériel. 3 élèves sont restés sur la question des étapes.
A la fin de la séance 2, la professeure fait un point de méthode sur isoler une variable. Dans le document utilisé, la différence de niveau d'eau gêne les élèves. Comment constater l'ébullition? 2 idées sont proposées : Soulever le couvercle ou en utiliser un transparent. A ce stade de la réflexion des élèves, les mesures de température ne sont pas évoquées.
SEANCE 3 : Anticipation en groupes de l'expérience. La professeure utilise une description de 3 expériences pour centrer les élèves sur la nécessité des mesures : Un tableau comparatif permet de mettre en évidence la pertinence de la première expérience : Mêmes pots Même quantité d'eau 3 endroits différents Des mesures de température. Les limites des 2 autres expériences sont exprimées. Pour construire les caractéristiques d'une expérience adaptée, la réflexion se développe ici en : «C'EST»/»CE N'EST PAS»
Pour que les mesures entrent dans la culture de la classe, la professeure prend ensuite appui sur la feuille de route suivante : Ensuite, les élèves travaillent en 8 groupes hétérogènes : 4 sur la quantité de lumière, 3 sur la quantité d'eau et 1 sur la profondeur des graines.
Chaque groupe doit d'abord lire et commenter la feuille de route que chacun a rédigée en séance 2. Ici, les échanges de 3 élèves ont permis de mettre en valeur des éléments importants : Les légendes Les phrases Les dessins soignés La séparation par trait Les quantités d'eau différentes (niveaux dans les pots pour arroser) La feuille de route de chacun est ainsi valorisée.
Voici 2 feuilles de route sur la quantité de lumière : Dans la première, la mesure se fait par le nombre de trous pratiqués dans les caches.
Dans la seconde, la quantité de lumière est contrôlée à l'aide de caches qui recouvrent plus ou moins les plantes.
La quantité d'eau Voici 2 feuilles écrites par un groupe qui a eu un désaccord sur le pot N 1. Doit-on beaucoup l'arroser ou au contraire très peu? Un ajustement plus précis des mesures d'eau se révélera nécessaire.
Enfin voici la feuille de route d'un groupe sur la profondeur des graines :
SEANCE 4 : Mise en place des expériences Pour l'ensemble des feuilles de route des 8 groupes : Les expériences portent sur une variable. Des mesures sont anticipées : eau en cl (20, 30 et 50) ou ml (250,300,350), nombre de trous dans les caches pour la lumière. Pour tous la règle, outil de mesure, permettra de relever les tailles des plants.
Les expériences sont réalisées en appui sur les feuilles de route, les élèves mesurent, étiquettent...
Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral. Pendant 3 semaines, les élèves vont régulièrement observer et prendre des mesures sur leurs expériences.
Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral. Aux relevés du tableau précédent correspondent ces dessins :
Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral. A l'issue des relevés, les élèves produisent un compte-rendu écrit : Sur les 9 écrits produits : 3 sont aussi détaillés que celui-ci sur la partie «Mon expérience», 4 vont à l'essentiel,2 sont repris avec l'aide de P
Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral. L'ensemble des conclusions consiste en une comparaison entre l'expérience mise en place et l'expérience de référence du défi, 2 groupes concluent avec l'aide de P.
argumenter SEANCE 5 : Réflexion en binômes sur une expérience au sujet des graines non viables. Pour 8 binômes, le dispositif permet de tester l'hypothèse et il permet d'isoler la variable.
argumenter Pour 3 binômes, le dispositif est adapté, la variable isolée mais il y a un manque de précision.
argumenter Pour 1 binôme, le dispositif ne permet pas de tester l'hypothèse : reprise d'une représentation des étapes. Pour 1 binôme, il y a interprétation du terme «qualité» comme «espèces différentes» pour lesquelles les élèves adaptent (?) les besoins en eau. Le 14ème binôme n'a pas fini son écrit. La première étape représentée montre une expérience adaptée.
Exprimer et exploiter les résultats d'une mesure et d'une recherche en utilisant un vocabulaire scientifique à l'écrit ou à l'oral. Au cours de cette séquence, de la séance 2 à la séance 5, les élèves ont précisé leur notion de dispositif expérimental adapté. On passe de 20 à 26 productions écrites qui correspondent à une séparation des variables, une attention portée à la nécessité de mesurer, l'emploi d'un vocabulaire plus précis, des schémas détaillés avec légendes ou phrases explicatives. Le projet est d'exploiter ultérieurement les fiches de relevé pour construire des histogrammes ou graphiques. A ce stade de la séquence, une évaluation individuelle est nécessaire pour situer chaque élève. A retenir dans cette mise en oeuvre : Les reprises : en rappel d'une séance à l'autre; en retour sur les productions des élèves. Les extensions : des points de méthode en appui sur des dispositifs autres qui permettent une réflexion distancée. Les échanges entre élèves : en groupes de 8 ou en binômes hétérogènes qui favorisent l'appropriation de chacun.
SEANCE 6 : Évaluation Chaque élève écrit une feuille de route sur l'hypothèse de la température. Seuls quelques élèves anticipent un dispositif avec mesure de la température :
La grande majorité d'entre-eux situent bien leur 3 pots dans des endroits où la température va varier (de manière plus ou moins contrastée) mais sans mesure :
Quelques élèves reprennent les expériences mise en place pour vérifier l'hypothèse de la lumière :
Quelques élèves précisent une ou plusieurs variables neutralisées :
Si l'on compare les productions individuelles de la séance 2 à cette évaluation : 2 élèves ne proposent pas un dispositif correspondant à l'hypothèse de la quantité de chaleur. Ils identifient cette hypothèse à celle de la quantité de lumière. Tous produisent une feuille de route beaucoup plus détaillée et précise.