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DUCLOS Grégoire collège "le petit prétan" à Givry Professeur certifié en physique chimie

IUFM DE BOURGOGNE

LA DEMARCHE

D’INVESTIGATION

Directeur de mémoire : Michel MOREAU

Année de soutenance : 2006 Numéro de dossier du stagiaire : 0402617C

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Remerciements : Je voudrais remercier monsieur Michel Moreau pour ses précieux conseils

en tant que formateur et directeur de mémoire ainsi que madame Isabelle Hamberger, ma conseillère pédagogique, pour son aide, sa grande disponibilité, sa bonne humeur et son dynamisme qui furent d’un grand soutien tout au long de l’année.

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SOMMAIRE Remerciements p 2 Sommaire p 3 Introduction P 4 I. Présentation de la démarche d’investigation p 5

1. Son origine 2. Les différentes étapes de la démarche 3. Mon expérience

II. Le constat d’une nécessité p 8

1. La baisse de l’intérêt pour les sciences 2. Le besoin des élèves de manipuler 3. Renouveler les méthodes d’enseignement

III. La mise en œuvre p 11

1. En cinquième 2. en quatrième 3. en primaire 4. Les difficultés de la mise en oeuvre

IV. L’analyse p 24

1. La réaction des élèves suivant les classes. 2. les points forts de la démarche d’investigation.

Conclusion p 31 Annexes p 32 Bibliographie/Webographie p 35

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Lors de notre formation à l’IUFM l’accent a été mis très tôt sur la

démarche d’investigation, une méthode d’enseignement « nouvelle » qui fera l’année prochaine partie intégrante du nouveau programme au collège. En effet les retombées positives de cette méthode ne sont plus aujourd’hui à prouver. J’étais adepte du questionnement permanent des élèves pour susciter leur intérêt mais j’ai trouvé dans cette façon d’enseigner un avantage énorme dans le sens où ce sont les élèves qui se posent eux-mêmes les questions qui font avancer le cours et là c’est sans comparaison au niveau de leur participation à l’élaboration de leur savoir avec une autre méthode d’enseignement.

J’ai pu tester cette méthode dans les classes que j’ai en charge cette année au collège de Givry « le petit prétan » à savoir une classe de cinquième comprenant 27 élèves et deux classes de quatrième, l’une de 24 élèves et l’autre de 23.

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I) Présentation de la démarche d’investigation 1. Son origine

Cette pédagogie novatrice nous vient des Etats-Unis, par l’intermédiaire de

Georges Charpak, prix Nobel de physique en 1992. Conscient de la désertion des enseignements scientifiques en France, il est allé étudier, avec quelques collègues et instituteurs, cette méthode mise au point dans les quartiers difficiles de Chicago pour réhabiliter l’école aux yeux des enfants. Cette aventure prendra en France le nom de « la main à la pâte » ; des centaines d’instituteurs épaulés par autant de scientifiques ont testé cette méthode avec succès. Voici la définition qu’il fait lui-même de son projet dans le livre " l’enfant et la science " :

« La main à la pâte » : ce projet vise à promouvoir la rénovation de l’enseignement scientifique en favorisant, chez les enfants, l’expérimentation, l’observation et l’investigation à partir de phénomènes et d’objets familiers en utilisant un matériel simple. Il privilégie une interaction entre action et réflexion concrétisée par la tenue d’un cahier d’expérience qui accompagne en continu la démarche d’apprentissage des enfants. S’il doit développer l’éducation scientifique des enfants, le projet a aussi une portée sociale qui se caractérise par une éducation citoyenne à partir d’une mise en œuvre des débats d’idées entre les enfants, d’écoute réciproque, de formation de la pensée critique et de respect de la preuve. G.Charpak Le but que je me suis fixé pour la rédaction de ce mémoire est d’apprécier si la démarche d’investigation génère oui ou non plus d’intérêt de la part des élèves et donc si le fait de participer à l’élaboration de son savoir et de travailler en groupe est profitable à l’élève. 2. Différentes étapes de la démarche Les différentes étapes sont celles décrites dans le BO hors série du 25 août 2005. Le choix d’une situation - problème par le professeur : - analyser les savoirs visés et déterminer les objectifs à atteindre ; - repérer les acquis initiaux des élèves ;

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- identifier les conceptions ou les représentations des élèves, ainsi que les difficultés persistantes (analyse d’obstacles cognitifs et d’erreurs) ; - élaborer un scénario d’enseignement en fonction de l’analyse de ces différents éléments. L’appropriation du problème par les élèves : - travail guidé par l’enseignant qui, éventuellement, aide à reformuler les questions pour s’assurer de leur sens, à les recentrer sur le problème à résoudre qui doit être compris de tous ; - émergence d’éléments de solutions proposées par les élèves qui permettent de travailler sur leurs conceptions initiales, notamment par confrontation de leurs éventuelles divergences pour favoriser l’appropriation par la classe du problème à résoudre. Le guidage par le professeur ne doit pas amener à occulter ces conceptions initiales mais au contraire à faire naître le questionnement La formulation d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles : - formulation orale ou écrite d’hypothèses par les élèves (ou les groupes) ; - élaboration éventuelle d’expériences, destinées à tester ces hypothèses ; - communication à la classe des hypothèses et des éventuels protocoles expérimentaux proposés. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves : - moments de débat interne au groupe d’élèves ; - contrôle de l’isolement des paramètres et de leur variation, description et réalisation de l’expérience (schéma, description écrite) dans le cas des sciences expérimentales - description et exploitation des méthodes et des résultats ; recherche d’éléments de justification et de preuve, confrontation avec les hypothèses formulées précédemment. L’échange argumenté autour des propositions élaborées : - communication au sein de la classe des solutions élaborées, des réponses apportées, des résultats obtenus, des interrogations qui demeurent ; - confrontation des propositions, débat autour de leur validité, recherche d’arguments et élaboration collective de preuves. L’acquisition et la structuration des connaissances : - mise en évidence, avec l’aide de l’enseignant, de nouveaux éléments de savoir (notion, technique, méthode) utilisés au cours de la résolution. - confrontation avec le savoir établi (comme autre forme de recours à la recherche documentaire, recours au manuel), en respectant des niveaux de

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formulation accessibles aux élèves, donc inspirés des productions auxquelles les groupes sont parvenus ; - recherche des causes d’un éventuel désaccord, analyse critique des expériences faites et proposition d’expériences complémentaires, - reformulation écrite par les élèves, avec l’aide du professeur, des connaissances nouvelles acquises en fin de séquence. L’opérationnalisation des connaissances : - exercices permettant d’automatiser certaines procédures, de maîtriser les formes d’expression liées aux connaissances travaillées : formes langagières ou symboliques… - nouveaux problèmes permettant la mise en œuvre des connaissances acquises dans de nouveaux contextes (réinvestissement) ; - évaluation des connaissances et des compétences méthodologiques. Cette démarche pourra prendre deux orientations que j’ai testées, la première est la démarche d’investigation pure et dure c'est-à-dire que l’on expose aux élèves une expérience, un dialogue entre deux personnages… A partir de cette situation - problème, les élèves doivent formuler eux-mêmes les questions, le professeur choisira ensuite la ou les questions qui l’intéressent et qui feront avancer le cours dans le respect des limites imposées par les programmes. Une variante de la démarche d’investigation est appelé le tp-top, c’est un moyen de gagner du temps en proposant tout de suite une question ou en mettant en scène deux personnages qui soutiennent chacun une hypothèse qui se contredisent. L’élève n’a plus qu’à choisir celle qu’il voudra vérifier. 3. mon expérience

J’ai pu tester la démarche d’investigation sur trois niveaux, la cinquième, la quatrième et le CE2 à l’école Voltaire de Dijon. J’ai pu constater que les réactions des élèves ne sont pas les mêmes face à cette situation insolite où les élèves ne sont plus en attente d’un cours structuré par le professeur mais où il va falloir qu’ils s’investissent et qu’ils se servent de leurs savoirs acquis. J’ai remarqué que plus les élèves avaient de l’age et plus ils étaient timides et n’osaient pas soumettre leurs idées à la classe. Pendant une démarche d’ivestigation,la différence de motivation est encore plus visible entre les élèves qui se prennent au jeu, sont actifs et ceux qui ne veulent rien faire. Certains effectuent trois manipulations pendant que d’autres n’en font qu’une.

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« On se persuade mieux, pour l’ordinaire, par les raisons qu’on a soi-même trouvées que par celles qui sont venues de l’esprit des autres »

Pascal Cette citation illustre parfaitement l’idée principale que je vais m’attacher

à défendre tout au long de ce mémoire. En effet je suis intimement convaincu qu’un élève retient beaucoup mieux un enseignement dans lequel il s’est investit, quand il a participé à l’élaboration du savoir que le professeur lui demande maintenant de retenir, a réfléchi lui-même au problème, s’est posé des questions, a travaillé en groupe. Le travail de groupe est aussi très efficace dans l’assimilation des savoirs, car les élèves s’expliquent mutuellement le problème et n’utilisent pas les mêmes mots que le professeur, ce qui aide certains. J’ai utilisé une feuille de recherche pour que les élèves puissent écrire leurs hypothèses plus librement. Cette feuille leur permet de consigner leurs hypothèses, les schémas des expériences qu’ils souhaitent réaliser et souvent la liste du matériel nécessaire. J’ai remarqué en tout début d’année lors de la mise en place de morceaux de démarches d’investigations que les élèves ont beaucoup de mal à écrire sur leur cahier quelque chose dont ils ne sont pas sûr. Le fait de l’écrire sur une feuille à part les tranquillisent et ils laissent plus volontiers leur imagination fonctionner. II) Le constat d’une nécessité

1) La baisse de l’intérêt pour les sciences La désaffection progressive des jeunes envers les études scientifiques

n’est pas encore massive, mais elle représente une tendance de fond, observée en France comme dans les autres pays développés (tout au moins occidentaux) depuis plusieurs années. Le nombre des bacheliers S a ainsi diminué de 143230 (1994) à 124947 (1997), soit 12,8 % en trois ans, malgré une remontée en 2000 ce nombre est à peu près stable depuis1. Les premières inscriptions en Deug Sciences de ces mêmes bacheliers chutaient de 54 480 (pic atteint en 1995) à 42 127 (1997), soit 23,8 %, les inscriptions en CPGE et IUT/BTS étant pratiquement demeurées stables sur la même période. De 1995 à 2000, les effectifs nationaux des premiers cycles universitaires de physique-chimie ont diminué de presque 45%, 1 Source : ministère de l’éducation nationale : le nombre de baccalauréats scientifiques délivrés 125 056 (en 1999) 132 743 (en 2000) 125341 (en 2002) 130225 (en 2004)

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ceux de SVT de près de 30%2. A cela s’ajoute une désaffection croissante des jeunes filles, dont l’analyse n’est qu’à peine entamée. Cette tendance n’est encore qu’une tendance, elle peut aussi traduire d’autres facteurs, la baisse du financement de la recherche, les difficultés connues des titulaires de doctorats pour trouver un poste. Il n’empêche, que ces facteurs semblent anecdotiques, et que le phénomène existe et ne peut laisser indifférent. L’interpréter exclusivement en termes de salaires ou d’emplois attendus serait bien court.

La consultation auprès de quelques lycéens en 1997 menée par Philippe Meyrieu fait apparaître une certaine impopularité de la physique parmi les jeunes. Dans cette consultation, les demandes principales et les goûts des lycéens allaient d’abord vers l’histoire, la philosophie, le français et les langues, l’expression artistique, toutes activités perçues comme des outils de développement personnel ou d’insertion sociale.

Les sciences ne sont pas attractives dans le secondaire, les élèves ne font pas le lien entre les sciences et la vie quotidienne. Et la partie expérimentale se résume trop souvent à reproduire un protocole rigide et imposé. Les élèves se contentent d’exécuter le travail demandé et ceci sans se poser la moindre question quand au sens et l’utilité de ce qu’ils sont en train de faire.

La démarche d’investigation, en proposant des situations - problème qui remettent en cause le savoir des élèves, permet de légitimer et valoriser les sciences en montrant aux élèves qu’elles apportent des réponses aux questions de la vie courante. 2) Le besoin des élèves de manipuler.

J’ai remarqué dès mes premières heures d’enseignement que quelques élèves me posaient systématiquement la même question en entrant dans la classe : « Monsieur, est-ce qu’on va manipuler aujourd’hui ? » C’est un fait, les élèves aiment beaucoup manipuler, il est vrai que les heures de physique chimie sont pour eux un moment où ils pourront, éventuellement, poser leur stylo et se servir de leurs mains, il m’est donc paru évident d’exploiter au maximum cet attrait de ma matière. L’expérimentation est vécue par certains comme un jeu. Je me suis donc employé à construire des séquences de cours où les élèves ont un maximum de manipulations à faire de façon à répondre le moins possible par la négative à cette question spontanée et systématique en début d’heure. Car si les élèves savent qu’ils ne manipuleront pas pendant le cours, je constate une déception chez eux, la leçon perd un certain intérêt, et l’attention de ces expérimentateurs "invétérés" est plus faible que d’habitude. En leur permettant de faire des expériences qu’ils

2 Source : SNES-FSU

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peuvent réaliser en groupe, j’ai vraiment l’impression de répondre à leurs attentes de la matière. J’évite donc au maximum le cours magistral et les expériences réalisées par le professeur au tableau.

Malgré cela il faut faire comprendre aux élèves la place de l’expérience dans la démarche scientifique. Le but est d’amener l’élève vers cette dernière tout en stimulant sa curiosité et son autonomie. Une fois de plus la démarche d’investigation est d’une grande aide pour reconnaître l’expérience comme une preuve de sa théorie. De plus l’élève devra tirer des conclusions, des résultats de son expérience, il a donc un regard critique sur son protocole expérimental ce qui n’est pas souvent le cas dans une séance de TP où l’enseignant impose un protocole. Dans ce cas, la majorité des élèves se contentent d’exécuter le travail demandé, sans se poser la moindre question quand au sens et à l’utilité de ce qu’ils sont en train de faire.

3) Renouveler les méthodes d’enseignement L’enseignement scientifique a besoin d’être plus attractif, comme on l’a vu

dans le premier paragraphe, les disciplines scientifiques sont délaissées dès le lycée. Pour cela la démarche d’investigation propose une bonne alternative, elle oblige l’élève à être acteur de son apprentissage. Et j’ai le sentiment que ce qu’ils apprennent c'est-à-dire la démarche scientifique, leur sera plus utile dans la vie de tout les jours qu’une somme de savoirs qui s’amenuise au fur et à mesure des années si ce n’est des mois. C’est une démarche transposable dans la vie courante, on apprend aux élèves à identifier un problème ou une énigme, émettre des hypothèses quand aux solutions et se questionner pour élaborer une réponse appuyée de preuves irréfutables. J’ai fait la triste constatation que les élèves oublient beaucoup de choses d’une année sur l’autre, lorsque au besoin, j’utilise des notions abordées les années précédentes, certains affirment avec aplomb qu’ils ne l’ont pas fait alors que leur professeur m’a certifié qu’il avait traité la question. Ce phénomène, mes collègues plus expérimentés m’ont dit qu’ils le vivaient tous les ans. Je pense que la priorité n’est donc pas d’enseigner des masses de connaissances mais plutôt les ficelles pour y accéder.

« Le savoir, qu’il soit scientifique ou autre, peut être versé du haut en bas par le maître dans le cerveau du disciple, à charge pour ce dernier d’ouvrir son esprit, d’apprendre et de mémoriser. Il peut aussi être découvert par le disciple, en une investigation personnelle, bien sûr guidée, à charge pour le maître d’être ce guide, médiateur entre l’enfant et le monde. Est-il nécessaire de préciser que ces deux pédagogies ont chacune leurs mérites ? Que la première est plus efficace en termes de densité de connaissances

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acquises, la seconde, la plus apte à provoquer, chez l’enfant, émerveillement et appropriation intime du savoir. Et que celle-là vise l’acquis, au détriment peut être de la compréhension, celle-ci à la formation de l’esprit, au détriment peut-être de son remplissage. » G. Charpak

La démarche d’investigation valorise l’expérience dont le rôle n’est pas souvent compris par les élèves. Dans une démarche d’investigation, les élèves sentent mieux l’importance de l’expérience car elle leur servira de preuve pour valider ou infirmer l’hypothèse qu’ils ont formulée. J’ai réalisé des démarches d’investigation dans mes classes et j’ai voulu vérifier si les élèves comprennent réellement mieux ce qu’ils font, si les heures de cours passées en démarches sont moins pesantes pour eux et si ils retiennent effectivement mieux le savoir dispensé de cette manière. III) La mise en œuvre

1. En cinquième

Pour la classe de cinquième j’ai effectué deux démarches d’investigation de

suite. La première est un TP-top sur la mesure précise de la masse d’un litre d’eau :

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Quelle est la masse d’un litre d’eau ? Tu as à ta disposition des balances capables de mesurer des masses de 200g maximum Comment vas-tu effectuer cette mesure de la masse d’un litre d’eau? Sur une feuille volante que tu donneras au professeur, tu décriras l’expérience que tu veux réaliser et tu feras la liste du matériel dont tu as besoin. Déroulement :

• les élèves par groupes de deux réfléchissent à un protocole expérimental qui leur permettra de mesurer la masse d’un litre d’eau indirectement en tenant compte du fait que les balances à leur disposition ne dépassent pas 200g.

• Les idées de chaque groupe sont consignées sur la feuille de recherche, puis elles sont mises en commun au tableau.

- Peser la masse de l’eau contenue dans une bouteille d’un demi litre et multiplier par deux.

- Remplir un récipient avec de l’eau, noter la masse d’eau introduite, verser l’eau dans une bouteille d’un litre et recommencer jusqu’à ce que la bouteille soit pleine.

- Peser la masse de 100mL d’eau mesurée dans une éprouvette graduée et multiplier le résultat par 10.

- Peser la masse de 100mL d’eau mesurée dans une fiole jaugée et multiplier le résultat par 10.

• J’ouvre un débat à propos de la première expérience proposée afin de

l’éliminer. • Les groupes m’apportent leur feuille de recherche avec la description de

leur expérience et le matériel qui leur sera utile pour la réaliser.

1 L? kg

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• Chaque groupe fait son expérience. • Les groupes ayant testés une hypothèse fausse se rendent compte eux-

mêmes qu’il y a une erreur sans savoir à quel moment de leur raisonnement ils se trompent. (problème de la densité)

• Une fois les expériences réalisées nous discutons tous ensemble des expériences qui ne donnent pas de résultats satisfaisant. Et nous tâchons de savoir pourquoi.

• Nous discutons aussi de la précision des mesures effectuées. Est-il plus judicieux de faire la mesure des 100 mL avec l’éprouvette graduée ou avec la fiole jaugée ?

• Phase de structuration, je propose le mode opératoire le plus simple pour arriver au résultat, ainsi que le calcul pour arriver au résultat.

Analyse : Il est toujours préférable que les élèves voient leurs erreurs par eux-mêmes mais dans ce cas je ne pouvais pas les laisser expérimenter la première idée car c’était dangereux pour nos balances électroniques. Cette expérience est donc le sujet d’un débat dans la classe pour savoir si avec une bouteille d’un demi-litre, on ne dépassait pas 200g. Certains élèves connaissent déjà la masse d’un litre d’eau. Mais ils ne peuvent apporter tout de suite des preuves à leur argumentation puisque cette preuve est justement l’enjeu de la séquence. Pour mettre les élèves d’accord et sans apporter de réponses, j’utilise une balance à plateau et je mets 200g en masselottes d’un côté et une bouteille d’un demi-litre remplie d’eau de l’autre. La preuve leur est faite que la bouteille a une masse supérieure à 200g. Je remarque que les élèves ont du mal à se faire confiance entre eux, il leur faut toujours la validation du professeur. Les élèves me demandent toujours si leur hypothèse est bonne, même si le résultat de leur expérience correspond à ce qu’ils savent (un litre d’eau à une masse d’un kilogramme), ils doutent encore. Pour éviter ce moment de flottement où les élèves ne peuvent pas réaliser l’expérience qu’ils projetaient, il faudrait que je modifie mon énoncé et proposer le matériel. L’intitulé serait plutôt : comment mesurer la masse d’un litre d’eau avec la verrerie mise à ta disposition. Le fait de proposer le matériel est réducteur au niveau de la démarche mais cela évite de devoir dire aux élèves qu’ils ne pourront pas réaliser l’expérience de leur choix car on discrédite leur autonomie dans la recherche d’expérience. Cette partie de cours est intéressante à traiter sous forme de TP-top car les élèves réinvestissent les savoirs acquis fraîchement sur la mesure d’un volume.

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D’ailleurs je constate que certains n’ont pas compris qu’il fallait être précis et qu’une bouteille d’un litre achetée dans le commerce ne fait pas précisément un litre. La seconde démarche d’investigation que j’ai choisie est également la variante sous forme de TP-top. Cet énoncé est déjà testé à expliciter, sur la mesure du volume d’un solide. Il est proposé sur le site de l’académie de Dijon et s’intitule « monsieur Cambouis ». Je n’ai modifié que la question posée aux élèves, toute la démarche m’est apparue très claire et je n’ai pas éprouvé le besoin de modifier l’énoncé.

Monsieur Cambouis trouve, sous sa voiture, un boulon. Il se demande s’il provient de sa voiture. Il téléphone au garagiste qui lui dit : « Tous les boulons de votre voiture ont un volume inférieur ou égal à 5 cm3 » Le boulon peut-il provenir de sa voiture ?

Déroulement :

• les élèves par groupes de deux réfléchissent à un protocole expérimental qui leur permettra de mesurer le volume du boulon que je leur distribue.

• Les idées de chaque groupe sont consignées sur la feuille de recherche, puis les groupes viennent chercher le matériel dont ils ont besoin pour réaliser leurs expériences.

Propose à monsieur Cambouis une expérience qui lui prouvera si oui ou non le boulon qu’il a retrouvé provient de sa voiture.

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Expériences proposées :

- faire fondre le boulon et transvaser le métal fondu dans une éprouvette pour mesurer son volume

- peser le boulon, noter sa masse et mettre dans une éprouvette (on fait la tare) la même masse d’eau. On peut lire le volume d’eau et donc en déduire le volume du boulon qu est le même.

- Mettre de l’eau dans une éprouvette et mettre le boulon ensuite, noter l’augmentation de volume. Cette augmentation correspond au volume du boulon.

- Mettre du sable dans une éprouvette et immerger le boulon dans le sable, l’augmentation de volume correspond au volume du boulon.

• Je ne peux pas satisfaire les besoins de tous les groupes car certains me

demandent de la pâte à modeler que je n’ai pas au laboratoire. Je leur propose d’essayer une autre expérience, pour avoir quelque chose à faire jusqu’à la fin de l’heure.

• Le problème dans ce TP-top est que certains groupes ont trouvés immédiatement la bonne expérience leur permettant de découvrir le volume du boulon. Je leur demande donc de commencer leur compte rendu.

• Pendant l’heure suivante, les groupes n’ayant pas finis leurs manipulations terminent et les autres font leur compte rendu.

• Nous discutons des différentes méthodes employées. • Je propose une structuration.

Analyse :

La première expérience n’a pas pu être réalisée pour des raisons évidentes mais elle aurait permis de soulever le problème de savoir si la matière à l’état liquide a le même volume qu’à l’état solide. Cette question sera abordée plus tard dans leur programme et je ne manquerai pas de rappeler aux élèves cette expérience proposée pour que l’on en discute mais pour l’instant les élèves n’ont pas les armes pour y répondre et de toute façon, j’ai éludé la question pour des raisons de matériel et de mise en œuvre difficile de cette manipulation. Les autres ont été réalisés, deux groupes ont eu la surprise de voir que la masse du boulon en eau représentait un assez grand volume. Ils se sont rendus

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compte par eux mêmes que leur solution n’était pas la bonne. Cette expérience introduit la notion de la densité de la matière. Je remarque que cette démarche d’investigation a soulevé plusieurs problèmes fondamentaux de la physique comme la densité, la non conservation du volume dans les changements d’état. Il est évident que toutes ces notions ne peuvent pas être traitées dans une seule activité car se serai trop lourd et brouillon mais il est intéressant que les élèves se soient retrouvés confrontés à ces phénomènes. Ils se souviendront, je l’espère, de ces manipulations au moment où ces thèmes seront abordés en cours. Ces expériences pourront être reprises en introduction par l’enseignant pour leur rappeler la situation – problème devant laquelle ils se sont retrouvés. La leçon bénéficiera alors d’une situation de départ qui n’est pas artificielle mais qui a été un réel problème de certains élèves au cours de manipulations antérieures.

2. En quatrième :

La démarche d’investigation que j’ai proposée en quatrième était plus complète dans le sens où j’ai réalisé une expérience qui a suscité chez les élèves des questions. Je n’ai distribué aucun support à l’activité.

Déroulement :

• J’ai plongé une craie dans de l’acide chlorhydrique contenu dans une bouteille en plastique que j’ai compressée avant l’expérience.

• Je leur ai demandé d’écrire toutes les questions qu’ils se posaient à l’issue de cette expérience.

Dans les deux classes j’ai été agréablement surpris par le nombre de questions évoquées dont voici la liste :

En 4ème 4 : Pourquoi y a-t-il de la mousse ? Pourquoi y a-t-il du gaz sur la craie ? Pourquoi le volume de la mousse augmente-t-il ? Pourquoi la craie se dissout-elle ? Pourquoi le plastique ne se dissout-il pas ? Où est la craie ? Pourquoi on entend un « pschitt » ? Pourquoi l’acide change-t-il de couleur ? Pourquoi la mousse disparaît-elle ? Quels sont les gaz rejetés ? Pourquoi on utilise une craie, peut-on utiliser autre chose ? D’où viennent les gaz ?

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En 4ème 2 : Pourquoi la craie disparaît et pas l’acide ? Pourquoi l’acide ronge la craie et pas le plastique ? Pourquoi on entend « pschitt » quand on ouvre la bouteille ? Existe-t-il un lien entre la mousse et la craie qui disparaît ? Pourquoi la mousse disparaît-elle ? Pourquoi l’acide se trouble-t-il ? Pourquoi la craie fait-elle des bulles ? Pourquoi y a-t-il de la mousse qui se forme ? D’où vient le gaz qui s’échappe de la craie? Pourquoi la bouteille se reforme-t-elle ?

• A ce stade de la démarche je fais comprendre aux élèves que l’on ne pourra

pas répondre ensemble à toutes leurs interrogations. Je leur dis que je vais choisir la question qui me parait la plus intéressante dans le cadre de leur programme et que celle-ci seulement sera l’objet d’une démarche d’investigation. Les autres questions trouveront peut être leur réponse au cours des expériences et sinon je les éluciderais avec vous en fin de séquence.

• Je choisis donc la question : Quelle est la nature du(es) gaz dégagé(s).

• Les élèves travaillent en groupes de deux et doivent formuler des

hypothèses, décrire une expérience permettant de prouver cette dernière et lister le matériel dont ils auront besoin.

Expériences proposées : j’utilise un récipient avec un bouchon percé pour insérer un tuyau et

récupérer le gaz qui s’échappe dans un tube à essai en utilisant une cuve à eau. j’utilise un récipient avec un bouchon percé pour insérer un tuyau et

récupérer le gaz qui barbotera dans de l’eau de chaux. j’ajoute en plus des réactifs (craie et acide chlorhydrique) de l’eau de

chaux dans un récipient et je le bouche. • Les groupes font leurs expériences. Certains ont trouvé immédiatement le

bon protocole, d’autres, voyant faire leurs camarades reviennent sur leur décision et tentent la manipulation "académique".

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• Je demande aux élèves de faire un compte rendu, que je ramasserai, de

leurs expériences en faisant apparaître les étapes suivantes : question de départ, hypothèse(s), expérience(s) proposée(s), matériel nécessaire, schéma(s), observations, interprétations et conclusion.

• J’ai noté une variante dans les expériences proposées, j’en profite pour en

discuter avec les élèves. Deux groupes avaient utilisés la technique de récupération des gaz que l’on avait vu précédemment avec une cuve à eau et effectuaient ensuite le test à l’eau de chaux dans leur tube à essai rempli du gaz recueilli. Les autres faisaient directement barboter les gaz échappés dans une solution d’eau de chaux. Je voulais souligner que plusieurs techniques étaient valables pour arriver à leurs fins mais que certaines d’entre elles étaient plus rapides et nécessitaient moins de matériels et de temps. Mais ces deux techniques ont soulevées un autre problème car les deux groupes réalisants la récupération du dioxyde de carbone ont été surpris de constater que l’eau de chaux ne se troublait pas. Ils en ont conclu en premier lieu que le gaz rejeté n’était pas du dioxyde de carbone. Mais en voyant l’eau de chaux dans le tube à essai de leurs voisins se troubler, ils ont douté de leur méthode. La discussion en classe entière n’a pas amener la réponse, ils n’ont pas pensé que le gaz qu’ils récupéraient était en grande partie l’air contenu dans le ballon au début de l’expérience. Je suis content d’avoir pu débattre de ça avec eux parce que cela leur montre tous les paramètres à gérer dans une manipulation qu’ils n’ont pas à faire lorsque le professeur manipule à son bureau ou leur donne un protocole qui évite toutes les difficultés sans les souligner.

• Phase de structuration.

Analyse : Il est dommage que certains n’aillent pas au bout de leurs idées, je les ais pourtant incités à le faire mais ils n’ont pas toujours à l’esprit que plusieurs expériences sont valables pour illustrer un même phénomène. En l’occurrence l’expérience consistant à mettre l’eau de chaux directement dans le milieu réactionnel n’aurait pas donné de bons résultats car, la craie en réagissant avec l’acide, trouble l’acide, il aurait donc été difficile d’évaluer si c’est l’eau de chaux qui s’est troublée ou non. J’ai profité de cette séance pour faire « l’apologie » de l’erreur en précisant aux élèves que c’est souvent en faisant des erreurs que l’on comprends

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le mieux le phénomène que l’on cherche à interpréter. Que leurs erreurs sont le reflet de ce qu’ils croient être la réalité et qu’il faut l’expérimenter pour réellement se convaincre que l’on a tort. A l’issue de cette séquence je me dis que pour plus d’efficacité il faudrait isoler chaque groupe pour qu’ils ne voient pas les autres manipulations proposées par leurs camarades. La configuration des salles du collège où j’enseigne ne permettra pas de réaliser cet essai. En quatrième 2 il a fallu que je les guide un peu pour arriver à la question qui m’intéressait : quelle est la nature du(es) gaz dégagé(s). il est dommage que cette question ne soit pas sortie de leur propre questionnement car la démarche a pu leur paraître artificielle dans le sens où ils se sont posés beaucoup de questions auxquelles on n’apportera qu’une réponse furtive en fin de séquence et que l’on s’intéresse à un phénomène qui ne les a pas interpellé. Cette démarche est une démarche d’investigation pure et dure dans le sens où je ne propose aucune question, je laisse les élèves devant une expérience et j’attends leur questionnement. C’est intéressant pour voir ce que les élèves se posent comme question mais le revers de la médaille est qu’ils vont trouver dans l’expérience des phénomènes qui les intéressent plus que celui que le professeur veut démontrer. Dans mon exemple les élèves se sont beaucoup attachés à la formation et la disparition de la mousse (j’avais mis une craie rouge donc la mousse rouge leur a beaucoup plu)

3. En primaire : Nous avons été accueillis, mon collègue Romain Morlat et moi, à l’école Voltaire à Dijon dans la classe de Ce2 de Madame Jacques. Nous avons disposé de trois séances de trois quarts d’heure pour mettre en place des démarches d’investigation. Notre rôle a été de faire une initiation à l’électricité. Objectifs généraux : Dans une classe de Ce2, le but est d’amener l’idée de courant électrique, travail préliminaire à l’élaboration d’une maquette de fontaine fonctionnant à l’énergie solaire. Pour cela on proposera aux élèves :

• De réaliser un circuit électrique simple à l’aide d’une pile et d’une lampe pour montrer la nécessité d’un contact électrique entre les différents éléments d’une part, et d’autre part que le courant circule dans la lampe.

• De réaliser un circuit électrique plus compliqué à l’aide d’une pile, de fils, d’une lampe pour montrer que la lampe ne s’allume que lorsque le circuit est fermé.

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• De repérer les objets ou matériaux qui laissent ou ne laissent pas passer le courant.

Séquence n°1 : comment allumer une lampe avec une pile plate.

Déroulement : Première phase : à l’écrit, sur feuilles blanches pour dessiner les différentes possibilités. Tu n’as qu’une lampe et une pile. Fais le dessin d’une ou plusieurs expériences pour que la lampe s’allume. Travail en groupe de 4 Deuxième phase : mise en commun dans la classe : on affiche les dessins au tableau, et on commence par effectuer un classement des différents dessins suivant leurs ressemblances. Distribution d’un schéma de la lampe pour mettre en place un vocabulaire commun qui permettra par la suite de discuter des dessins. Les dessins intéressants sont retenus et redessinés au tableau.

Travail en classe entière : 15 min Troisième phase : vérification Réalisation de tous les schémas proposés. Cette partie permet de manipuler pour vérifier le fonctionnement ou non des schémas proposés et aussi de noter les conclusions. On a préparé à l’avance des vignettes de schémas d’élèves représentant les différentes possibilités de montages à expérimenter, qui seront à coller dans le tableau récapitulatif suivant :

Les expériences que j’ai réalisées La lampe s’allume La lampe ne s’allume pas

Travail en groupe : 20 min

Conclusion : Il doit y avoir contact électrique entre la pile, le plot et le culot.

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Séance 2 : Comment allumer une lampe, et comment l’éteindre en utilisant des fils ? Déroulement : Le matériel utilisé cette fois est composé d’une pile ronde, de petits fils de connexion et d’une lampe 1,5V. 1ère phase : Sur feuille, les élèves cherchent à faire un dessin pour répondre à la question. Consignes : tu disposes de deux fils, d’une lampe, et d’une pile. Fais le dessin qui permet d’allumer la lampe. 5 minutes : cette étape a déjà été réalisée à la séance d’avant, donc on pourra y passer moins de temps. 2ème phase : Au tableau, on récapitule les différents dessins proposés. D’emblée, en se basant sur ce qui a été vu la fois précédente, on élimine les dessins où les fils ne sont en contact ni avec le plot, ni avec le culot. On en garde un quand même. 5 minutes. 3ème phase : expérimentation Comme la fois précédente, il faut que les enfants reproduisent chacun des dessins proposés, et qu’ils notent les résultats de leurs expériences. Pour cela, on pourra réutiliser la feuille distribuée à la séance précédente où il restait de la place… En se basant sur le fait qu’au moins un dessin sera le bon, on en profitera pour leur poser la question : que se passe-t-il quand un des fils n’est plus en contact avec le reste du circuit ? 4ème phase : structuration, Un circuit électrique où tous les éléments sont reliés est appelé circuit fermé. Quand un des éléments n’est pas relié au reste du circuit, il est appelé ouvert. Dans un circuit électrique fermé, la lampe s’allume car l’électricité peut circuler dans les fils. Dessiner le chemin de l’électricité dans les fils et les éléments. Séance 3 : Quels matériaux conduisent le courant ? Objectif : Faire un montage incluant des éléments conducteurs et isolants.

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On laisse les élèves faire les observations et donner eux-mêmes leurs interprétations. Déroulement : Distribution et lecture des feuilles de structuration, ce qui sera l’occasion de faire les rappels nécessaires à la séance. 1ère phase : Question : On veut essayer de faire passer le courant dans différents matériaux : quels montages doit-on réaliser ? Pour gagner du temps, cette étape se fera par questionnement oral. De plus c’est une notion déjà abordée. On réalise le schéma au tableau pour qu’ils aient un exemple sous les yeux. On leur donne la liste des objets. 2ème phase : Ils font leurs tests. Pendant cette partie on insiste sur le fait que la lampe s’allume ou ne s’allume pas Rassembler les résultats au tableau. 3ème phase : Ils doivent arriver à la conclusion que certains matériaux laissent passer le courant et d’autres non.

Matériau La lampe s’allume La lampe ne s’allume pas

Bois

Fer

Plastique

Verre

Aluminium

Carton

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Analyse : Les élèves se sont investis dans les travaux qui leur étaient demandés. Le problème est que l’on a aucune comparaison il aurait fallut que nous fassions d’autres activités sous forme plus traditionnelles pour noter une différence de comportement de la classe. Madame Jacques nous a confié que les élèves avaient hâte de nous revoir et que les séances que nous avons fait ont été très bien vécues par les élèves. Mais est-ce dû à l’intérêt de la démarche d’investigation ou tout simplement à l’exotisme de voir deux stagiaires leur faire le cours plutôt que leur maîtresse habituelle. J’ai ressenti une grande attention des élèves pendant nos explications mais cette attention diminuait très vite. Les consignes doivent être courtes pour être suivies jusqu’au bout.

4. Les difficultés de la mise en œuvre

La première difficulté que j’ai rencontrée dans la mise en place de démarches d’investigation fut de trouver une situation déclenchante suffisamment énigmatique pour que les élèves aient vraiment envie de faire des expériences pour trouver la solution aux questions qu’ils se posent.

Je suis moi-même persuadé de l’efficacité de cette démarche c’est pourquoi j’ai intégré au maximum cette façon d’enseigner dans mes cours sans forcément réaliser la démarche dans son intégralité par manque de temps. Du point de vue pédagogique je trouve que le recueil des conceptions et la recherche d’expériences pouvant valider ou infirmer les hypothèses sont des moments cruciaux de la démarche. Ils permettent à l’enseignant de voir quelles sont les idées des élèves sur la question et donc de bien cerner les parties du cours qu’il va falloir appuyer pour briser les fausses idées. Pour être sûr que les élèves s’ôtent de la tête leurs fausses conceptions, il faut trouver une situation où ils pourront s’appuyer sur leurs conceptions, pensant qu’ils peuvent répondre facilement à la question. La situation de départ doit aussi leur montrer que ce n’est pas si sûr que ça. Soit par le biais d’un dialogue entre deux personnages qui soutiennent chacun une hypothèse qui ne paraît pas sotte, soit en ayant une expérience à montrer aux élèves qui contredit leurs conceptions.

Afin de mettre en œuvre la démarche d’investigation, il a fallut la présenter aux élèves pour qu’ils sachent ce que j’attendais d’eux.

Je leur ai demander ce que voulait dire investigation, certains savaient que c’était comme une enquête. Je les ais donc comparer à un enquêteur. J’ai mis l’accent sur le fait qu’il faudra qu’ils soient autonomes, que l’avancement du cours

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ne dépendra maintenant uniquement d’eux. Que le professeur n’apportera pas de savoir pendant cette séquence. Et qu’ils allaient travailler la plupart du temps en groupe.

Tout au long de l’année j’ai construit mes activités sur le modèle de la

démarche expérimentale en mettant en avant l’importance de l’expérience dans une argumentation scientifique. Pour ce faire les sous titres :problème, hypothèse, description de l’expérience, matériel nécessaire, schéma, observation, interprétation, conclusion étaient systématiquement notés. Beaucoup ne cernent pas vraiment l’intérêt de l’expérience en science et dans la démarche d’investigation, ils se rendent mieux compte que c’est la seule façon de valider ou infirmer leurs hypothèses.

Les étapes que je me suis attaché à leur décrire et à marquer lors de l’année sont désormais plus claires pour eux. Ils font aussi la différence entre une observation, ce qu’ils voient avec leurs yeux, et une interprétation, se servir de ce que l’on sait pour expliquer ce que l’on voit. Après la mauvaise expérience en cinquième ou un groupe a besoin de matériel dont je ne dispose pas, je m’arrange pour que le temps de recherche d’hypothèse et d’expériences pour les valider ou les infirmer mène à la fin de l’heure. La feuille de recherche est ainsi ramassée par le professeur qui pourra de cette façon voir quelles expériences les groupes veulent réaliser et de quel matériel ils ont besoin. IV) Analyse

1. La réaction des élèves suivant les classes : Je n’arrive pas à généraliser le comportement de mes élèves face à la démarche d’investigation car mes trois classes en collège ont eues des réactions assez différentes les une des autres. En quatrième 4, la peur de l’erreur est tellement présente dans les esprits qu’il y a très peu de propositions "exotiques" lors des démarches d’investigations : les élèves s’observent les uns les autres, discutent du problème et attendent d’avoir une proposition dont ils sont sûrs, soit en attendant que le groupe d’à côté la réalise pour les plus timides, ou tout simplement en demandant « quelle expérience allez-vous faire ? ». Pour contrer ce phénomène j’ai pensé à isoler

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chaque groupe mais cette opération s’est avérée impossible à réaliser. J’ai valorisé les groupes qui tentaient des expériences différentes des autres, mais ça n’a pas été d’un grand succès, les élèves n’aiment pas se tromper.

La quatrième 2 est très scolaire, les élèves sont très rapides, la phase de recherche est souvent beaucoup plus rapide que dans l’autre quatrième où les élèves se cherchent. Cette attitude reflète sans doute une meilleure ambiance dans la classe. Les élèves sont sûrement moins moqueurs entre eux et l’erreur est mieux admise. Dans les deux classes de quatrième, la démarche d’investigation a été bien perçue, et tous les groupes se sont investis dans les recherches.

En cinquième, les réactions ont été plus hétérogènes. C’est la seule classe où les démarches d’investigation n’ont pas fait l’unanimité, trois élèves en grande difficultés scolaire ne se sont pas investis ou très peu dans les recherches et les manipulations. Par contre d’autres qui étaient plutôt du genre passifs pendant les cours « normaux » se sont révélés très actifs dans leurs recherches et leurs expérimentations, c’est un effet imputable en partie au travail en groupe qui fait naître chez certains un comportement de compétition avec les autres groupes.

En primaire, la démarche d’investigation s’est révélée très intéressante dans cette classe car le recueil des conceptions initiales a montré que les élèves étaient loin de savoir quelles parties de la lampe devaient être en contact avec les bornes de la pile. Les phases d’expérimentation ont étés très actives, cette partie étant sûrement ressentie par les élèves comme un jeu de construction. Etrangement j’ai eu la sensation que ce sont les plus jeunes publics qu’il est le plus difficile de convaincre. Ce scepticisme est visible grâce à une facilité de dialogue entre eux et avec l’enseignant. Les élèves du primaire n’ont aucune appréhension de l’erreur, ils ne doutent pas de leurs hypothèses. En effet, ils ne laissent pas leurs conceptions de côté si facilement : il faut vraiment l’appui de l’expérience pour leur prouver qu’ils ont raison ou tort. Il est très agréable de travailler dans ces classes car il y a beaucoup d’échanges. En primaire nous n’avons pas demandé de compte rendu des expériences aux élèves, il convenait donc de leur distribuer une feuille de structuration qui reprenait l’ensemble de la démarche effectué la séance précédente. Pour la dernière séance, nous avons fait en sorte de structurer les savoirs acquis au fur et à mesure de l’avancement de la séance.

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1. Les difficultés engendrées par la démarche :

Il est difficile de résister à la tentation de répondre à toutes les questions que les élèves se sont posées lors d’une expérience. Par exemple en quatrième l’expérience de la craie dans l’acide chlorhydrique a soulevé beaucoup de questions intéressantes auxquelles j’ai répondu en fin de séquence mais d’une façon assez rapide, sans trop engager le dialogue avec la classe parce que je savais que cela serait l’objet d’une heure supplémentaire. Les élèves peuvent être un peu frustrés de cette situation car d’un côté on leur demande de se poser des questions mais une seule parmi celles-là fera l’objet d’une démarche et les autres sont mises de côté et traitées en fin de séance très rapidement. De plus la question traitée en démarche n’est pas toujours celle qui suscite le plus de curiosité chez les élèves.

La démarche d’investigation donne aux élèves plus d’autonomie que

pendant un cours classique. Cet aspect peut être difficile à gérer dans une classe agitée. Les élèves fonctionnent en groupe et l’enseignant passe de groupe en groupe pour apporter des précisions ou répondre aux interrogations des élèves. Ce temps peut être mis à profit par les élèves dissipés pour organiser le chahut dans la classe. Je n’ai pas de problèmes de discipline cette année dans mes classes, je n’ai donc pas ressenti ce côté négatif mais je sais que je ne me serai pas permis autant de temps de latences, pendant la distribution du matériel par exemple, dans d’autres situations d’enseignement plus difficiles que j’ai connues auparavant.

La démarche d’investigation consomme plus de temps qu’une méthode d’enseignement dite « traditionnelle », elle ne peut donc pas être utilisée aussi souvent que l’enseignant le voudrait. Les élèves qui n’ont pas confiance en eux cherchent autour d’eux la réponse

aux questions qu’ils se posent et souvent lorsqu’un groupe démarre ses manipulations, d’autres groupes ne cherchent plus de solutions, ils se contentent de faire la même chose. Pour pallier à cette faiblesse il faudrait isoler chaque groupe pour qu’ils n’aient plus de contact visuel entre eux. Je n’ai pas pu le réaliser en classe entière par manque de matériel et d’espace mais j’ai pu le faire en devoir surveillé avec les cinquièmes. Une partie du devoir était une épreuve expérimentale qui consistait à donner la masse d’un litre d’alcool pur. Le protocole demandé était le même que celui fait en démarche d’investigation pour mesurer la masse d’un litre d’eau, à la différence que le matériel nécessaire était à choisir parmi une gamme de verrerie exposée devant eux. J’ai remarqué deux attitudes des élèves. Ceux qui ne réfléchissaient quasiment pas à ce qu’il fallait faire et qui manipulait avec aisance et ceux qui hésitaient beaucoup à chacun de leurs gestes. J’ai noté les noms de ceux qui réussissaient. Lors de la séance de manipulation

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suivante j’ai remarqué ceux qui dans le binôme faisaient les manipulations et c’est sans surprise que j’ai constaté que c’est celui qui manipule qui acquiert des mécanismes, et réussit mieux l’évaluation expérimentale. Je l’ai fait remarqué aux élèves et j’ai insisté une fois de plus mais cette fois avec des preuves à l’appui qu’il fallait que les deux membres du groupe effectuent les manipulations, parce que celui qui regarde ne se rend pas compte des petits gestes techniques nécessaires au bon déroulement de la manipulation.

2. les points forts de la démarche d’investigation

a) l’apprentissage du débat d’idée. Il ne suffit pas de laisser les élèves exprimer leurs idées pour qu'un débat

s'instaure au sein de la classe ou des groupes. La place de l'enseignant est déterminante pour aider les élèves à dépasser certaines difficultés, pour éviter que les solutions de facilité ou les arguments d'autorité ne l'emportent. Pour y parvenir, il doit lui-même respecter les points de vue des élèves et instaurer un climat de confiance qui autorise les élèves à exprimer leur avis sans crainte d'être jugés ou évalués négativement. J’ai eu en cinquième, lors de la mesure du volume d’un solide, le cas d’un élève brillant qui avait prévu de faire une expérience qui se révèlera ne pas être le solution la plus pertinente. Il voulait mouler le boulon dans de la pâte à modeler et mettre ensuite de l’eau dans le moulage. Il aurait récupéré l’eau contenue dans le moulage et mesuré son volume. Plusieurs élèves ont alors décidé de le suivre. Ce mimétisme est intéressant à montrer aux élèves qui, par manque de confiance en eux, préfèrent suivre celui qui dans la classe « a toujours raison ». Cette démarche peut permettre à certains de prendre confiance en eux.

Les cas où les élèves font des propositions fausses sont intéressants,

comme en cinquième sur cette question du volume d’un solide. Dans ce cas je n’ai pas déclaré que l’affirmation de l’élève était fausse, j’ai laissé les groupes faire leur expérience et ils se sont rendus compte eux-mêmes que le volume d’eau était plus important que celui du boulon. J’ai renvoyé le problème à l’ensemble de la classe. Cette technique est très intéressante pour valoriser la prise de parole, que la réponse soit bonne ou mauvaise, car maintenant la proposition d’un élève ou d’un groupe d’élève devient le problème de toute la classe. Il se forme deux groupes (trois en réalité si l’on compte ceux qui ne se sentent pas concernés par ce qu’il se passe dans la classe à ce moment) qui vont débattre de la proposition de leur camarade. Il est plus facile pour l’élève d’accepter ses erreurs lorsqu’il constate qu’il n’est pas le seul à l’avoir commise. De plus ce débat dans la classe fait ressurgir toutes les conceptions des élèves qui les mènent à leur raisonnement, le

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professeur peut apporter ses lumières sur les fausses opinions des élèves. Dans ce cas, l'erreur est non seulement permise, mais dédramatisée et travaillée. Toute la classe cherche à savoir pourquoi cette proposition n’est pas valable. Ce travail étant sûrement le plus intéressant car c’est là véritablement que l’on casse les conceptions initiales : certains sont persuadés que l’on va pouvoir arriver à la solution par ce chemin mais l’expérience leur prouve le contraire. On a une véritable confrontation des savoirs.

b) L’implication des élèves :

J’ai remarqué que la plupart des élèves sont plus actifs en classe lors d’une démarche d’investigation autant pendant les temps de recherche en groupe que lors des manipulations. C’est un avantage certain de la démarche d’investigation car les élèves font réellement de la physique chimie pendant l’heure de cours, les temps de rêvasserie durant un cours frontal ne sont plus possibles, et chacun doit réfléchir réellement au problème plutôt que d’attendre lors d’une question posée par le professeur que le « bon élève » réponde. Chaque élève est impliqué au sein d’un groupe qui doit fournir un travail de recherche ou d’expérimentation qui sera contrôlé par l’enseignant.

c) Le travail en groupe : J’ai remarqué tout au long de l’année que lors de certaines explications une partie de la classe ne comprend pas. Je pense en particulier à l’équilibrage d’une équation-bilan en quatrième qui est un moment délicat et crucial du programme de chimie. Je me suis employé à utiliser plusieurs images pour faire passer la notion. A chaque explication différente j’ai eu la sensation d’accrocher certains mais aussi d’en perdre d’autres qui avaient compris et que cette nouvelle approche perturbe. A ce moment j’ai eu l’idée de demander à ceux qui pensaient avoir bien compris de venir au tableau et de tenter une explication à ses camarades. Cette technique a portée ses fruits, car pour certaines notions qui nous paraissent désormais tellement évidentes, j’ai parfois été désarmé devant l’incompréhension de certains élèves. Je ne voyais pas où était le blocage. Et c’est d’avoir vu quelques élèves expliquer à leurs pairs comment ils raisonnaient que j’ai mieux cerné le problème. De plus les élèves qui viennent expliquer à leurs camarades sont valorisés, ils jouent au professeur. Lors des démarches d’investigation que j’ai réalisées j’ai pu jauger l’effet bénéfique de cet échange entre élèves. J’ai remarqué des élèves qui expliquaient leur théorie, leur hypothèse aux autres et se retrouvaient forcément soumis aux

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questions des autres membres du groupe. Cela les oblige à construire un raisonnement complet avec l’hypothèse et les preuves pour convaincre l’auditoire. En général j’ai laissé les élèves former les groupes comme ils l’entendaient, parfois je les ais formés moi-même et je n’ai pas remarqué de différences fondamentales en classe de quatrième au niveau de l’efficacité de travail des groupes. Par contre chez les cinquièmes la formation arbitraire des groupes n’a pas fonctionnée. Les élèves qui ne s’apprécient pas n’arrivent pas à trouver un terrain d’entente pour travailler ensemble le temps d’une heure. Le problème vient sûrement du fait que dans cette classe il y a quelques élèves plus caractériels que dans mes classes de quatrième. Je n’ai tenté cette expérience qu’une fois avec eux car certains groupes de quatre élèves étaient paralysés par la mésentente de deux d’entre eux.

d) La visualisation de plusieurs concepts de la physique en expérimentant : Pour mesurer le volume d’un solide un groupe d’élèves propose de peser le

boulon et de mettre son équivalent en masse dans une éprouvette et de mesurer ce volume. Le groupe d’élèves se met à la tâche et découvre avec stupeur que le volume de l’eau correspondant est très grand par rapport à celui du boulon. Ils découvrent par eux-mêmes et confrontent leur conception à la réalité sur un sujet qui ne touche pas directement l’objectif de la séance mais qui sera abordé dans l’année. Cette expérience qui les a étonnés et sûrement marqués, leur à fait découvrir une loi de la physique importante et tout cela sans discours. La démarche d’investigation donne le goût de l’expérience, du test aux élèves, j’ai le sentiment qu’ils cernent mieux le rôle d’une expérience dans une démarche expérimentale. Il aurait été intéressant que je leur demande en début d’année : à quoi sert une expérience pour un scientifique ? Je ne suis pas sûr qu’ils pensaient que c’était un moyen de valider ou infirmer des hypothèses avancées.

e) une lutte contre la passivité de certains :

La démarche d’investigation permet une mise en activité permanente des élèves. A aucun moment de la séquence le professeur n’assène des informations que les élèves copient sur leur cahier. La séquence démarre par une expérience qui suscitera, dans le meilleur des cas, des questions car on perturbe leur connaissance du phénomène en venant le contredire. C’est alors qu’on leur demande de réfléchir en groupe (phase intéressante d’échange entre pairs où du savoir est transmis sans l’intervention du professeur) pour formuler des hypothèses. Alors

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ils comprennent qu’il va falloir réaliser des expériences pour valider ou infirmer leurs hypothèses.

f) La démarche d’investigation est transposable par les élèves dans leur quotidien :

Je préfère donner aux élèves les armes pour comprendre c'est-à-dire

construire une réflexion pour découvrir ou répondre à une question. J’aime beaucoup leur renvoyer les questions qu’ils me posent, dont je sais qu’il ont la réponse mais seulement ils n’ont pas su organiser leur savoir pour y répondre, de cette façon je leur montre qu’ils savent beaucoup de choses et qu’il faut apprendre à « raisonner ». Souvent les élèves peu motivés demandent « mais à quoi ça sert la physique ?» j’aime leur répondre que ce qu’ils apprennent en physique chimie leur permettra de comprendre le monde qui les entoure : pourquoi le soleil se lève toujours du même côté pourquoi quand on appuie sur l’interrupteur la lumière s’allume ou comment est-il possible qu’en appuyant sur un bouton de la télécommande on arrive à changer de chaîne sur la télévision…

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Conclusion : La démarche d’investigation apporte un plus à l’enseignement des sciences c’est indéniable. Les élèves sont plus actifs en cours car ils se sentent plus concernés par ce qu’ils font. J’ai pris beaucoup de plaisir en tant qu’enseignant à réaliser ces séances parce que le cours est plus vivant et les élèves posent un tas de questions qu’ils ne se seraient pas posés s’ils n’avaient pas été concernés par la situation – problème proposée. J’ai l’intention de demander à mes classes en fin d’année ce qu’ils ont retenu en quelques lignes de leur année d’enseignement de physique-chimie pour voir si les points de cours traitées avec la démarche d’investigation ressortent plus que les autres. C’est le seul moyen valable à mon avis pour vérifier l’impact de cette méthode sur les élèves sur le long terme. J’ai pu remarquer lors d’évaluations que les parties expérimentales sont mieux retenues en général, que les expériences aient été traitées selon la démarche d’investigation ou non. Je ne peux donc pas tirer de conclusion quand à l’efficacité de cette dernière sur le court terme. J’aurai pu dans mes classes de quatrième procéder sur le même sujet à une démarche d’investigation et une méthode dite frontale et évaluer les deux classes pour évaluer une différence d’efficacité entre les deux méthodes. Mais je ne me suis pas résolu à le faire pour le simple fait que je suis persuadé de la supériorité de la démarche d’investigation au niveau de la compréhension des élèves. Et j’aurai eu mauvaise conscience à donner un cours sachant que je pouvais faire beaucoup mieux. Les points que je me suis attaché à remarquer et à noter sont l’attention des élèves en cours et leur participation. Et sans avoir de chiffres à soumettre car il est difficile à mon avis de quantifier l’attention, les sujets traitées en démarche d’investigation ont suscitées plus d’intérêt et d’attention. Le travail en groupe est motivé par l’obtention d’une réponse à une question qui leur appartient. Les élèves discutent entre eux mais l’avantage certain est qu’ils parlent du problème posé et non de leur week-end. Pour ce qui est de leur participation, il est évident que cette méthode est bénéfique car les élèves sont actifs pendant le cours, ils doivent se questionner, manipuler, rendre des productions. Les séances de démarches ont été les seules quasiment où des élèves n’ayant pas compris certaines de leurs erreurs viennent à la fin du cours pour en savoir plus et comprendre pourquoi ils ne sont pas arrivés à la conclusion attendue. Cette attitude montre un investissement des élèves plus important, la sonnerie n’a pas suffit à leur faire oublier les questions restées en suspens. Un indicateur de l’intérêt des élèves pour la démarche d’investigation aurait pu être leur bonne humeur lors de la séance et le nombre "d’au revoir monsieur" qui sont significativement plus important lors de séances qu’ils ont jugées intéressantes.

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Annexes

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Feuille de structuration :

Séance 1 : Nous avons cherché comment allumer une lampe avec une pile plate. Tout d’abord, nous avons dessiné sur une feuille de papier ce que nous pensions être la solution. Cela s’appelle faire une hypothèse. Puis nous avons tous vérifié expérimentalement si nos hypothèses fonctionnaient ou non. Nous nous sommes rendu compte que pour que la lampe brille, il faut que :

• Une des lamelles de la pile soit en contact avec le plot de la lampe, • L’autre lamelle de la pile soit en contact avec le culot de la lampe.

Colle ici le schéma de la lampe.

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Séance 2 :

A l’aide d’une pile et de fils électriques, nous avons cherché comment allumer et éteindre une lampe. Depuis la séance précédente, nous savons que pour que la lampe brille, il faut qu’il y ait contact électrique entre les deux bornes de la pile, le plot et le culot de la lampe. Nous avons fait différentes hypothèses que nous avons commentées au tableau. Puis nous avons tous vérifié expérimentalement si nos hypothèses fonctionnaient ou non. Nous avons obtenu les résultats suivants : Pour que la lampe brille, il faut faire l’expérience suivante :

Le circuit électrique fait une boucle : on dit que le circuit est fermé. Pour éteindre la lampe, il faut débrancher uniquement un seul fil :

Dans ce cas, on dit que le circuit est ouvert. Dans la vie de tous les jours, c’est l’interrupteur qui permet d’allumer et d’éteindre la lampe, c'est-à-dire de fermer ou d’ouvrir le circuit électrique.

ou

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Bibliographie : L’enfant et la science G. Charpak Enfants, chercheurs et citoyens G. Charpak Webographie : http://eduscol.education.fr http://www.cahiers-pedagogiques.com http://www.dijon.iufm.fr http://www.lamap.fr http://www.ac-dijon.fr

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Résumé : La démarche d’investigation a pour but de placer l’élève au centre de son apprentissage, ne le laissant pas spectateur de la séance d’enseignement mais acteur. En effet, cette méthode permet aux élèves de s’approprier des problèmes et en plus de l’apprentissage de la démarche expérimentale, ils apprennent le respect d’autrui et de la preuve par le biais du travail en groupe. Mots clés : Démarche/investigation/appropriation/groupe/expérience Collège « le petit prétan » 2 classes de quatrième et une de cinquième