Conception de protocoles expérimentaux et démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences expérimentales

Martine Biau (INRP-EducTice-IUFM Lyon)Cédric d’Ham (LIG)Réjane Monod-Ansaldi (INRP-ACCES)Eric Sanchez (INRP-EducTice)Claire Wajeman (LIG)

L’Institut National de Recherche Pédagogique

• Des recherches contextualisées

• La production de ressources

• La formation de formateurs

Pourquoi cette formation ?

- L’importance de la phase de conception de protocole dans le cadre de la conduite d’un travail d’investigation

- Les difficultés de construire de telles situations dans la classe

- CoPEX, un projet de recherche sur la question de la conception de protocoles dans l’enseignement des SPC et SVT

Des objectifs

• Préciser la notion de protocole expérimental en sciences expérimentales

• Identifier l’apport des situations de construction de protocole pour l’apprentissage

• Identifier les outils permettant de construire des situations d’apprentissage dans lesquelles les élèves peuvent s’engager dans un travail de conception de protocole de manière autonome.

• Proposer des pistes pour aborder ces éléments dans des formations pluridisciplinaires

Le projet de recherche COPEX (LIG-INRP)

• Questions de recherche:- Caractérisation et modélisation d'un protocole expérimental dans 4 disciplines expérimentales ;- Identification des guidages et aides dans une tâche de conception de protocole- Conception d'un environnement informatique

• Résultats– Représentation du protocole sous forme d’un arbre

des tâches– Choix des tâches à confier aux élèves– Critères d’évaluation des protocoles – Importance de la présence, dans la situation

élaborée, d’éléments permettant aux élèves d’évaluer leurs protocoles

– Importance de l’explicitation du/des modèles scientifiques en jeu

– Importance de la collaboration entre élèves

Une formation INRP-IUFM

• Dans le cadre des projets au choix (30 heures)

• 20 stagiaires PLC2 SVT et SPC

• Trois sessions : 2008, 2009 et 2010

Déroulement de la formation IUFM

Séance 1 (3h)

Élaboration d’un protocole de

paléontologie en groupe bi-

disciplinaire

Analyse de la séance

proposée

Séance 2 (3h)

Apports théoriques

Analyse des traces des

élèves

Mise en commun

Séance 3 (5h)

Expérimentation des séances

construites (jeu de rôle)

Analyse des séances réalisées

Mise en commun

travail sur l’arbre

des tâches et

le protocole

expert dans sa

discipline

élaboration d’une

séance de conception

de protocole dans sa

discipline

(SPC+SVT)

Position « élève »

Position réflexive

(SPC+SVT) pour apports théoriques

(SPC) ou (SVT)

Position réflexive sur les traces

(SPC+SVT)

Position « élève »

Position « enseignant »

Position réflexive

(SPC) ou (SVT)

Travail collaboratif

par discipline

(SPC) ou (SVT)

http://eductice.inrp.fr/EducTice/projets/corise/copex/formation

Durant cette formation de formateurs…

• présentation de résultats du projet COPEX et d’outils

• Expérimentation de certaines étapes de la

formation en position – de concepteurs de protocole (= élève), – de concepteurs de séance de conception de

protocole (enseignant) – de concepteurs de formation sur la conception de

protocole dans une approche pluridisciplinaire

Un programme(1)…

Première demi-journée (9h-12h15) * Introduction : présentation de la formation

*Atelier: conception d’un protocole de mesure de l’angle facial en groupe bidisciplinaire

* Analyse de la situation proposée

* Mise en commun: éléments à prendre en compte pour l’élaboration d’une situation de conception de protocole

Seconde demi-journée (13h30-17h30) * Apport théorique: Le protocole expérimental dans la démarche

d'investigation: relier le registre théorique et le registre empirique.

* Atelier : Analyse de traces d’élèves en situation de conception de protocole expérimental : Immunologie, Chimie, Electricité

* Présentation rapide du travail du lendemain

Un programme(2)…

Troisième demi-journée * Atelier : élaboration d’une situation de conception de

protocole * Jeux de rôle : conception d’un protocole expérimental en SPC et SVT

* Analyse du jeu de rôle

Quatrième demi-journée * Synthèse de l’atelier : apport du jeu de rôle pour la

formation pluridisciplinaire

* Évaluation du stage

Un site pour récupérer les informations utiles

http://eductice.inrp.frhttp://eductice.inrp.fr/EducTice/projets/corise/copex/formation-

de-formateurs/formation-de-formateurs

Atelier: conception d’un protocole de mesure de l’angle facial

• durée : 1h20

• en groupes bidisciplinaires de 4 personnes

Réalisez le travail demandé en suivant les consignes indiquées aux élèves.

Atelier: conception d’un protocole de mesure de l’angle facial

• Analyse de la séance : 30 min1.  Dans la partie de l’arbre des tâches correspondant au protocole

attendu :- précisez quelles tâches sont laissées à la charge des élèves et quelles tâches sont prises en charge par l’enseignant ;- indiquez les critères qui peuvent être à l’origine de ces choix.

2.  Analysez la séance de TP proposée, pour déterminer quels moyens sont mis en place par les enseignants pour rendre les élèves autonomes. La situation sera examinée du point de vue :- de la possibilité qu’ont les élèves d’évaluer leur travail - de l’organisation du travail de groupe.

3. En tant que formateurs, quels éléments vous paraissent intéressants dans ce dispositif de formation ? Comment l’améliorer ?

• Mise en commun ensuite: 40 min à l’aide de quelques diapo par groupe

PRODUCTION DES STAGIAIRES

Possibilités d’auto-évaluation du TP

Choix des points : comparaison avec les crânes des autres groupes

Fiabilité de la mesure : à l’intérieur du groupe, vérifier si des élèves différents obtiennent le même résultat

Rédaction du protocole : - phase brouillon relue par tous avant la rédaction définitive- test du protocole

Evaluation du protocole : test du protocole par un autre groupe et comparaison du résultat

Recherche de la définition de l’angle facial et comparaison Comparer les résultats avec des résultats de scientifiques

La localisation des quatre points permet la mise en réflexion de l’élève

Il a ainsi été dégagé de tous les aspects « matériels »

Guidage important mais choix pertinent de la « zone de recherche »

Permet de fixer la réflexion sur une partie du protocole

Apports d’une documentation prise en charge par l’enseignant

Reproductibilité et communicabilité vécue

Problématique et hypothèses prises en charge par l’enseignant…Choix du matériel et d’une partie du protocole

TP « crâne » : réaction des stagiaires IUFM

• Sensation forte de guidage

• Prise en main de l’arbre des tâches

• Complémentarité des disciplines

• Pistes pour gérer le temps et l’espace

Points choisis par les élèves en 2006-2007

Points choisis par les élèves en 2007-2008

Protocole de mesure de l’angle facial

O est le point le plus bas de l’orbite oculaire

P est le point le plus haut du trou auditif

M est le point le plus proéminent de l’os maxillaire supérieur entre les alvéoles des deux incisives supérieures centrales

N est le point de rencontre de la suture des os nasaux et du frontal

Protocole de mesuredu rapport Hauteur /Longueur

La hauteur du crâne est le segment BP ; B est le point de rencontre des sutures fronto-pariétales et sagittale. P est le point le plus haut du trou auditif

La longueur du crâne est le segment NQ ; N est le point de rencontre de la suture des os nasaux et du frontal Q est le point postérieur le plus proéminent de l’occiput.

Tableau 1 : valeurs de référence des paléontologues : les valeurs d'angle sont données à 1 degré près ; les valeurs du rapport H/ L sont à 5% près.

Espèces Critères

Australopithecus (afarensis, boisei et

gracilis)

Homo habilis

Homo erectus

Homo neander- -thalensis

Homo sapiens

Inclinaison de la face 56° à 75° 65° à 68° 75° à 81° 71° à 89° 82° à 88°

Rapport hauteur / longueur de crâne 0,58 à 0,67 0,48 à 0,66 0,46 à 0,54 0,45 à 0,63 0,59 à 0,64

Valeurs obtenues par les paléontologues Crâne X

Tableau 1 : valeurs de référence des paléontologues : les valeurs d'angle sont données à 1 degré près ; les valeurs du rapport H/ L sont à 5% près.

Espèces Critères

Australopithecus (afarensis, boisei et

gracilis)

Homo habilis

Homo erectus

Homo neander- -thalensis

Homo sapiens

Inclinaison de la face 56° à 75° 65° à 68° 75° à 81° 71° à 89° 82° à 88°

Rapport hauteur / longueur de crâne 0,58 à 0,67 0,48 à 0,66 0,46 à 0,54 0,45 à 0,63 0,59 à 0,64

Crâne X: angle facial = 78°rapport H/L = 0,57