La démarche d’investigation au cœur de l’enseignement des SVT

1. La démarche d’investigation au cœur de l’enseignement des SVT Séance 4 Formation initiale complémentaire – année 2013/2014 14 décembre – Tamara Rollinde de Beaumont

2. Les démarches dans les programmes du collège « La démarche expérimentale, au-delà de la simple observation, contribue à une représentation scientifique, donc explicative, du monde. » « Dans la continuité de l’école primaire, les programmes du collège privilégient pour les disciplines scientifiques et la technologie une démarche d’investigation. Comme l’indiquent les modalités décrites ci-dessous, cette démarche n’est pas unique. Elle n’est pas non plus exclusive et tous les objets d’étude ne se prêtent pas également à sa mise en œuvre. » « Par ailleurs, au cours des quatre années du collège, chaque élève s’implique selon une démarche de projet dans des activités contribuant à développer sa responsabilité face à la santé et à l’environnement, ce qui constitue des occasions de développer son esprit d’initiative. » « En classe de troisième, comme dans les classes précédentes, l'enseignement des sciences de la vie et de la Terre met fortement l'accent sur la pratique d’une démarche scientifique, les manipulations et les expérimentations qui permettent de l'exercer, l’expression et l’exploitation des résultats des recherches. » Extraits du programme de SVT des classes de collège, BO août 2008

3. Les démarches dans les programmes du lycée « La démarche d’investigation, déjà pratiquée à l’école primaire et au collège, prend tout particulièrement son sens au lycée et s’appuie le plus souvent possible sur des travaux d’élèves en laboratoire. » Extraits du préambule des programmes de SVT du lycée, BO du 29 avril 2010 « L’approche historique d’une question scientifique peut être une manière originale de construire une démarche d’investigation. » « Pratiquer une démarche scientifique (observer, questionner, formuler une hypothèse, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser). » « La poursuite des objectifs de formation méthodologique implique généralement que l’on mette en œuvre une pédagogie active, au cours de laquelle l’élève participe à l’élaboration d’un projet et à la construction de son savoir. »

4. Comment trouver la solution d’un problème ? Pour chacun des exemples présentés : • Retrouvez les différentes étapes de la démarche suivie afin de résoudre le problème posé. • Précisez le type de stratégie adopté afin de trouver une solution. • Comparez les différentes démarches présentées. Travail par 2 Documents à disposition: Comment trouver la solution d’un problème ? Durée: 30 min Production : schéma présentant les différentes étapes

5. Ordre du jour • Que nous disent les instructions officielles? • La démarche d’investigation, comment ça marche? • En pratique…  Elaborer une démarche d’investigation • Les tâches complexes, une démarche d’investigation? • En pratique…  Elaborer une tâche complexe (1ieres étapes) • Gestion de la classe : Evaluation des attitudes comme outil de la gestion de classe

6. Que nous disent les instructions officielles? Depuis 1990, de profonds changements dans l’enseignement des sciences entre autre sur deux points: • La démarche d’investigation • La coordination des disciplines scientifiques En 2006, des innovations pédagogiques sont mises en place dans ce sens: • Préconisation de mise en œuvre de démarche d’investigation dans les apprentissages • Convergence des disciplines: socle commun de connaissance et de compétences 2008, MPS..) Définition • La démarche scientifique est un outil d'investigation pour décrire et comprendre le réel. Elle est surtout utilisée dans les sciences, technologie et mathématiques (avec des spécificités disciplinaires). Elle repose sur le questionnement. Académie de Créteil • Continuité primaire – collège – lycée • Démarche partagée avec d’autres disciplines

7. Que nous disent les instructions officielles? • Identifier les modalités de mise en œuvre et les différentes étapes de la démarche d’investigation. • Comparez les préconisations au collège et au lycée. Travail en groupe Documents à disposition: BO préambule des programmes de collège, BO préambule au programme de la terminale. Durée: 30 min Production : tableau

8. Résolution de problèmes et démarches eexplicatives - Sabine BOBÉE –IA-IPR Orléans-Tours

9. « Sans hypothèse, c’est-à-dire sans une anticipation de l’esprit sur les faits, il n’y a pas de science, et le jour de la dernière hypothèse serait le dernier jour de la science». « La méthode expérimentale, en tant que méthode scientifique, repose toute entière sur la vérification expérimentale d’une hypothèse scientifique ». Claude Bernard • la notion de démarche scientifique à celle d’hypothèse • la notion de démarche expérimentale à celle d’hypothèse et d’expérience.

10. Contribution des SVT à l’acquisition d’une culture scientifique et technologique et à la maîtrise des autres compétences du socle commun. (Extrait du BO) L’objectif de l’enseignement des sciences de la vie et de la Terre est de comprendre le monde. Il s’agit d’expliquer le réel. Pour ce faire, on s’appuie sur une démarche d’investigation fondée sur l’observation de phénomènes perceptibles à différentes échelles d’organisation et des manipulations, expérimentations ou modélisations permettant de répondre à des questions, d’éprouver des hypothèses explicatives et de développer l’esprit critique. La connaissance est alors construite et non imposée. A tout moment de la démarche, on s’assure que l’élève perçoit le sens de ce qu’il fait et ce pourquoi il le fait.

11. la démarche d’investigationcomment ça marche? Faire émerger les conceptions des élèves Elaboration d’une situation-problème susceptible de créer une rupture... Conception erronée  Obstacle à l’apprentissage Analyse Conception valide

12. la démarche d’investigationcomment ça marche? qui présente une certaine complexité et offre différentes stratégies possibles de résolution Indispensable pour qu’il y ait activité scientifique Permet de donner du sens au travail de l’élève. Un problème scientifique se construit au fur et à mesure Capacité : formuler un problème scientifique Attitude : esprit critique, l’ouverture d’esprit, curiosité intellectuelle Propositions provisoires à vérifier - Une hypothèse implique des conséquence ou implications vérifiables. Un modèle inventé… Faire appel à ses connaissances (valide ou erronées), à l’imagination, à l’intuition… Capacité : proposer des hypothèses explicatives Attitude : développer la créativité, l’imagination Problème Hypothèse

14. la démarche d’investigationcomment ça marche? Démarche d'observation Démarche expérimentale Démarche documentaire Démarche de modélisation D’après ac-creteil.fr très utilisée en biologie ou en astronomie. C'est une démarche d'analyse. très utilisée en physique (matière, optique … ) Elle a des limites évidentes dans l'étude du vivant ( éthique, séparation des variables souvent difficile… ).Il est parfois impossible d'expérimenter en classe (digestion, circulation sanguine, astronomie…)  adaptée à toutes les disciplines mais il faut penser aux difficultés de lecture des textes et des images que comportent les documents. A l'école élémentaire, modéliser consiste à remplacer le réel trop complexe par un schéma, une maquette, un organigramme… pour répondre au problème posé. Le modèle ne sera jamais satisfaisant et aura toujours des limites. Par exemple les modèles en astronomie ne tiennent pas compte des échelles de longueur et peuvent entraîner des erreurs de raisonnement. Ni l'utilisation d'élastiques ni celle de ficelles pour modéliser les muscles ne sont par exemple pleinement satisfaisant. • De très nombreuses capacités et attitudes mises en œuvre…

15. la démarche d’investigationcomment ça marche? Interprétation des résultats, retour vers les hypothèses et le problème. Capacité: traiter des informations Débat, étape importante d’échanges dans la classe Capacité et attitude: confronter des arguments Confrontation aux connaissances établies (professeur, bibliographie etc…) Validation Conceptualisation et modélisation Capacité: élaborer un modèle explicatif

16. En pratique…  Elaborer une démarche d’investigation Elaborer une « activité élève » permettant de travailler tout ou un partie de la démarche d’investigation sur le thème: Activité interne du globe (séismes-volcanisme – répartition – bases de la tectonique globale). Pour cela vous pourrez construire une démarche basée sur l’observation, l’expérimental, la modélisation ou les documents. Travail en binôme Documents à disposition: extraits de BO et de manuel Durée:1h Production : fiche de préparation d’activité élèves

17. BILAN Attitude, capacités et connaissances sont déterminées Indicateurs d’évaluation précisés Indicateurs : description des signes observables ou mesurables, propres à chaque situation, permettant de statuer sur le respect des critères. Ils doivent être formulés de façon suffisamment explicite pour que l'élève puisse s'autoévaluer. vademecum

18. bilan • Développer une attitude scientifique: porter un certain regard sur le monde qui nous entoure • chercher à apporte à ses propres réponses • Cherche à vérifier ses thèses • Cherche des arguments pour conforter ses idées A. Giordan • Démarche d’apprentissage permettant de travailler: connaissances, capacités et attitude • Décloisonner les disciplines Appropriation du problème par l’élève l’élève doit trouver une signification à ce qu’il fait En rendant l’élève acteur de ses apprentissages Motiver les élèves Susciter des vocations scientifiques Évaluation par compétence

19. Pause

20. Les tâches complexes, une démarche d’investigation? Définition: Une tâche complexe est une tâche mobilisant des ressources internes (culture, capacités, connaissances, vécu…) et externes (aides méthodologiques, protocoles, fiches techniques, ressources documentaires…). Chaque élève peut adopter une démarche personnelle de résolution pour réaliser la tâche. Une tâche complexe ne se réduit pas à l’application d’une procédure automatisée, mais pour autant complexe compliqué La réalisation d’une tâche complexe nécessite la mise en œuvre de connaissances, de capacitéset d’attitudes. Vademecum 2012

21. Les tâches complexes, un exemple de démarche d’investigation Ce sont des activités plutôt autonomes avec au moins trois objectifs : • mettre les élèves en situation d’investigation • leur faire acquérir de nouvelles connaissances • leur faire travailler des capacités et/ou des attitudes.

22. Un exemple…LE DEVENIR DES PLAQUES LITHOSPHÉRIQUES vademecum A partir des différentes ressources proposées, montrer qu’une plaque formée à l’axe d’une dorsale peut disparaître en profondeur sous une autre plaque au niveau d’une fosse océanique. Consigne : Tu présenteras ta réponse sous la forme d’une coupe réalisée en profondeur à l'aide du logiciel Sismolog Junior (à imprimer et à annoter). Ressource1 : Maquette illustrant le devenir d’une plaque lithosphérique formée à l’axe d’une dorsale Ressource 2 : Logiciel Sismolog Junior Ressource 3 : Quelques rappels Les séismes ne se produisent que dans des matériaux rigides (solides et cassants), sous l’effet de contraintes de compression ou d’extension La lithosphère est une couche rigide d’environ 100 Km d’épaisseur L’asthénosphère est une couche solide mais non cassante située sous la lithosphère Situation problème qui devient le fil directeur de la recherche Une consigne plutôt qu’une série de questions « fermées » Différentes ressources indépendantes les unes des autres

23. Un exemple de tâche complexevademecum Aide à la résolution : niveau confirmé 1. Repérer une frontière de convergence de plaques comportant une fosse océanique 2. Observer la répartition des foyers sismiques de part et d’autre de cette frontière (carte, vue 3D et coupe) 3. Proposer une explication à la répartition des foyers sismiques visible sur la coupe en l’annotant Aideà la résolution : niveau débutant 1. Zoomer sur la fosse océanique bordant le Pérou (frontière de convergence entre la plaque de Nazca et la plaque Sud Américaine) 2. Remarquer l’augmentation en profondeur* des foyers sismiques depuis les côtes continentales vers l’intérieur de l’Amérique du sud (carte) 3. Observer la profondeur* des foyers sismiques associés aux reliefs visibles (vue 3D) 4. Comparer la répartition en profondeur* des foyers sismiques de part et d’autre de la fosse océanique (coupe) . Utiliser les informations de la ressource 3 pour annoter la coupe de sorte à montrer que la plaque de Nazca « plonge » sous la plaque Sud Américaine au niveau de la fosse océanique * : Dans Sismolog Junior, la profondeur des foyers sismiques est indiquée par un code couleur (jaune = foyers superficiels ; rouge = foyers intermédiaires ; noir = foyers profonds) Des aides variables en fonction des questions des élèves Vers une pédagogie différentiée

24. Un exemple de tâche complexevademecum Une évaluation transparente Avec les capacités, critères et indicateurs de réussite Une auto-évaluation devient possible…

25. La tâche complexe… en 7 points! • il s’agit d’une consigne et non d’une question • elle introduit des données réalistes qui font échos à la réalité de l’élève, et scénarisées pour accroître sa motivation • elle oblige l’élève à intégrer différentes ressources déjà vues en classe, mais indépendantes les unes des autres • elle laisse une place à la créativité, l’initiative et l’autonomie • elle peut être traitée de différentes façons • elle ne donne pas d’indication pour la résolution • Elle peut être transdisciplinaire D’après Virginie Sathicq - professeur de lettres classiques au collège Albert Camus, Plessis Trévise

26. En pratique…  Elaborer une tâche complexe A partir d’un des deux exercices guidés, élaborez le début d’une tâche complexe (situation problème et consignes) Travail en groupe Documents à disposition: deux exercices guidés Durée:1h Production : élaborez les 1ieres étapes d’une tâche complexe

27. Pour la prochaine fois… Élaborez une tâche complexe à partir d’une de vos activités.

28. Bilan la tâche complexe, quel intérêt pour les élèves? Un atout important pour les élèves car cela permet : • de relever un défi motivant; • La mise en œuvre de la démarche d’investigation • d’acquérir des compétences mobilisables dans la vie quotidienne; • de prendre davantage d’initiative(pour résoudre cette tâche complexe); • de bénéficier d’aides ciblées.

29. Bilanla démarche d’investigation Développer des compétences Construire une relation enseignant /élève horizontal Développer une culture scientifique Susciter des vocations scientifiques Apprentissage de l’autonomie pour les élèves, prise d’initiative, collaboration, argumenter…. Possibilité de se tromper Éprouver des représentations initiales Permet la gestion de l’hétérogénéité L’enseignant est en premier lieu une personne ressource Aide différentie L’élève s’autoévalue au cours du processus Contribution à donner une image plus fidèle de la science, de la pratique scientifique, source de questionnement et non catalogue de savoirs Réhabilitation du statut de l’erreur et du doute en science Orientation plus importante des jeunes vers les sciences

30. bilan Mais il existe d’autres démarches La démarche de projet : • Indispensable pour former à l’autonomie et à l’esprit d’initiative • Préparer aux enseignements d’exploration (MPS), aux TPE (épreuve anticipée du baccalauréat). • Préparer à l’enseignement supérieur, à la vie d’adulte. L’exposé par le professeur : • Parfois nécessaire pour structurer le savoir • Ne doit jamais constituer la totalité d’une séance. • Chaque fois que cela est possible… • Une autre façon de travailler  l’enseignant devient une personne ressource au coté de l’élève  Source de plaisirs pour les élèves et ….pour l’enseignant! • Toutefois cette démarche n’est pas exclusive, certains sujets ne s’y prêtent pas…

31. gestion de la classe Travailler en groupe - collaborer Evaluation des attitudes comme outil de la gestion de classe Définir des attitudes par rapport au travail de groupe

32. Conseils pour mener un travail de groupesD’après la Banque de situations d’apprentissage et d’évaluation compétence 3 • Un temps d’appropriation individuel du problème posé. • En cas de blocage : formuler la question à l’écrit, fournir quelques pistes • Répartition en groupe, chaque élève noter ses propres recherches et sa propre démarche • Restitution orale, moment privilégié pour valoriser la prise de parole de certains élèves. • mises en commun et débat • bilan collectif lors d’une phase de structuration des savoirs et des savoir-faire développés. Deux remarques : • Le professeur a un rôle de personne ressource (aide ciblée), modérateur • prévoir des prolongements pour les groupes les plus rapides.

33. QUESTIONS…..