Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire ... · et de la technologie, de l’ intégration des matières, de l’ utilisation des technologies de l’ information

EnseignerMarcel Thouin

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inEnseigner les sciences et la technologie au préscolaire et au primaire vise à renouveler l’ enseignement et l’ apprentissage des sciences

et de la technologie au préscolaire et au primaire dans une direction conforme aux orienta tions actuelles de la didactique des sciences. Ainsi, tous les aspects de la didactique, c’ est-à-dire les savoirs, l’ apprentissage, l’ enseignement et l’ évaluation, sont abordés selon une démarche centrée sur l’ évolution des conceptions des élèves. De plus, les nombreux aspects pratiques de l’ ouvrage témoignent de l’ importance accordée à la réalité concrète de la salle de classe.L’ ouvrage présente notamment les principaux concepts scientifiques auxquels il est utile de pouvoir se référer, de même que les principales compé tences et stratégies que l’ enseignement des sciences et de la technologie vise à acquérir et à développer. Il expose quelques théories fondamentales, dont le constructivisme didactique, la transposition didactique et le contrat didactique. Il propose également un canevas de planification de problématiques comportant des activités fonctionnelles, des activités de résolution de problème et des activités de structuration. Il fournit enfin des repères culturels en sciences et technologie et donne des indications précieuses au sujet des langages des sciences et de la technologie, de l’ intégration des matières, de l’ utilisation des technologies de l’ information et de la communication, ainsi que de l’ évaluation des apprentissages.Des annexes traitent des principales difficultés d’ apprentissage en sciences et technologie, présentent des conseils pour que les activités se déroulent en toute sécurité et dressent une liste exhaustive des conceptions fréquentes des élèves et des activités d’ apprentissage qui favorisent leur évolution.Enseigner les sciences et la technologie au préscolaire et au primaire est sans contredit une référence pour les étudiants des programmes de formation des maîtres du préscolaire et du primaire, pour les enseignants en exercice et pour toutes les personnes qui s’ intéressent aux meilleures façons d’ enseigner les sciences et la technologie aux enfants.

MARCEL THOUIN est professeur de didactique des sciences à la Faculté des sciences de l’ éducation de l’ Université de Montréal. Il est l’ auteur de plusieurs livres dont Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique, Problèmes de sciences et de technologie pour le préscolaire et le primaire et Explorer l’ histoire des sciences et des techniques.

ISBN 978-2-89544-140-3

9 782895 441403

LES SCIENCES ET LES TECHNOLOGIES AU PRÉSCOLAIRE ET AU PRIMAIRE

Nouvelle édition

revue et augmentée

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Extrait de la publication

Catalogage avant publication de Bibliothèque et Archives nationales du Québec et Bibliothèque et Archives Canada

Thouin, Marcel

Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire

2e éd. entièrement rev. et augm.

Comprend des réf. bibliogr.

ISBN 978-2-89544-140-3

1. Sciences – Étude et enseignement (Primaire). 2. Sciences – Étude et enseignement (Préscolaire). 3. Technologie – Étude et enseignement (Primaire). 4. Technologie – Étude et enseignement (Préscolaire). I. Titre.

LB1585.T462 2009 372.35 C2009-941217-9

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© Éditions MultiMondes 2009 ISBN 978-2-89544-140-3 Dépôt légal – Bibliothèque et archives nationales du Québec, 2009 Dépôt légal – Bibliothèque et archives Canada, 2009

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Table des maTières

Avant-propos ............................................................................................................... xxiRemerciements ...........................................................................................................xxv

Chapitre 1 – La science et la technologie : une matière scolaire importante au préscolaire et au primaire ............................................................... 1

Répondre au besoin de savoir ................................................................................ 1assurer un développement cognitif équilibré ...................................................... 2Rehausser la culture générale ................................................................................ 2Rendre actif ............................................................................................................. 2Préparer aux ordres d’enseignement supérieur ................................................... 3augmenter l’intérêt pour les carrières scientifiques et techniques ..................... 3augmenter le nombre de filles qui se dirigent vers des études en sciences physiques et en ingénierie ...................................................................................... 4Permettre de questionner la nature ...................................................................... 4

Chapitre 2 – La didactique : une vue d’ensemble .................................................... 7

une définition de la didactique ............................................................................. 7Les domaines d’intérêt de la didactique ............................................................... 8

La relation entre l’enseignant et le savoir ...................................................... 9La relation entre l’enseignant et l’élève ......................................................... 9La relation entre l’élève et le savoir ................................................................ 9L’importance des trois relations ..................................................................... 9

Chapitre 3 – La nature de l’activité scientifique et technologique : résoudre des problèmes..................................................................... 11

La nature de l’activité scientifique ....................................................................... 11une définition des sciences ........................................................................... 11Les visées communes des sciences ................................................................ 11La structure des savoirs scientifiques ............................................................ 12Les hypothèses et les expériences ................................................................. 13Les variables dépendantes et les variables indépendantes .......................... 13

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EnsEignEr lEs sciEncEs Et lEs tEchnologiEs au préscolairE Et au primairE

Le contrôle des variables ............................................................................... 14La corrélation et la causalité ......................................................................... 14Les sciences du quotidien et les ruptures épistémologiques ...................... 15La modélisation .............................................................................................. 15

Diverses conceptions de la science ...................................................................... 19Les façons non scientifiques d’acquérir des connaissances ........................ 19La conception dogmatique des sciences ...................................................... 20La conception anarchique des sciences ....................................................... 21Les conceptions rationalistes des sciences ................................................... 21La vérification de théories ............................................................................. 23La réfutation de théories ............................................................................... 24Les changements de paradigme ................................................................... 25La correction de théories .............................................................................. 26

Les techniques et les technologies ....................................................................... 29Les sciences et les techniques ....................................................................... 29Les techniques et les technologies ................................................................ 29La résolution de problèmes techniques et technologiques ........................ 30

Chapitre 4 – Les savoirs au sujet de l’univers matériel : physique, chimie et technologies des sciences physiques ............................................. 33

Physique ................................................................................................................. 33La matière ...................................................................................................... 33Les atomes ...................................................................................................... 35Les forces et les mouvements ........................................................................ 37L’énergie ........................................................................................................ 39La lumière ...................................................................................................... 40Le son ............................................................................................................. 41La chaleur ....................................................................................................... 42Le magnétisme et l’électricité ....................................................................... 43

Chimie ................................................................................................................... 45Les éléments et les molécules ....................................................................... 45Les réactions chimiques ................................................................................ 46Les composés chimiques ............................................................................... 48

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tablE dEs matièrEs

Technologies des sciences physiques ................................................................... 49Les technologies de l’architecture et de la construction ............................ 50Les technologies du mouvement .................................................................. 51Les technologies de la lumière, du son et des communications ................ 54Les technologies de la chaleur ...................................................................... 60Les technologies militaires et policières ....................................................... 62Les technologies de la chimie ....................................................................... 63

Chapitre 5 – Les savoirs au sujet de la Terre et de l’Espace : sciences de la Terre, astronomie et technologies des sciences de la Terre et de l’Espace ................................................................... 67

Sciences de la Terre .............................................................................................. 67La Terre dans l’espace ................................................................................... 67La structure de la Terre ................................................................................. 69L’histoire de la Terre ..................................................................................... 72Les roches et les minéraux ............................................................................ 76L’évolution de la surface de la Terre ............................................................ 77Les océans et les mers .................................................................................... 79L’atmosphère et le temps .............................................................................. 79

astronomie ............................................................................................................ 83Le système solaire .......................................................................................... 83Les étoiles et les galaxies ............................................................................... 88

Technologies des sciences de la Terre et de l’Espace ......................................... 91La prospection minière ................................................................................. 91La prévision météorologique ........................................................................ 91L’observation, la mesure et l’exploration de l’univers ............................... 92

Chapitre 6 – Les savoirs au sujet de l’univers vivant : biologie et technologies des sciences biologiques .................................................................... 95

Biologie .................................................................................................................. 95La cellule ........................................................................................................ 95La biochimie .................................................................................................. 96La transmission des caractères héréditaires ................................................. 98L’évolution ................................................................................................... 100

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La classification des êtres vivants ................................................................ 102Les virus et les micro-organismes ................................................................ 103Les champignons ......................................................................................... 105Les végétaux ................................................................................................. 106La biologie végétale ..................................................................................... 108Les animaux ................................................................................................. 110La biologie animale ..................................................................................... 117L’écologie ..................................................................................................... 123

Technologies des sciences biologiques .............................................................. 124Les technologies de l’alimentation ............................................................. 124Les technologies de la santé ........................................................................ 127Les technologies de l’environnement ........................................................ 136

Chapitre 7 – Le constructivisme didactique : faire évoluer les conceptions des élèves .......................................................................................... 143

Quelques approches de l’enseignement et de l’apprentissage des sciences et des technologies .............................................................................................. 143

La mémorisation de concepts ..................................................................... 143L’atteinte d’objectifs opératoires ................................................................ 144La découverte ............................................................................................... 144La maîtrise de compétences ........................................................................ 145Le constructivisme didactique .................................................................... 146

Le changement conceptuel ................................................................................ 149Les conceptions des élèves .......................................................................... 149Les caractéristiques des conceptions .......................................................... 149Les obstacles épistémologiques ................................................................... 150L’origine des conceptions ........................................................................... 151Encadré : Comment déterminer les conceptions de vos élèves ? ............................. 152Le modèle de base du changement conceptuel ........................................ 153Quelques autres modèles du changement conceptuel ............................. 153

Des exemples de conceptions fréquentes chez les élèves ................................ 154Les conceptions fréquentes ......................................................................... 154Les explications des conceptions ................................................................ 154

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tablE dEs matièrEs

Les concepts scientifiques ........................................................................... 155Des exemples dans le domaine de l’univers matériel ................................ 156Des exemples dans le domaine de la Terre et l’Espace ............................. 165Des exemples dans le domaine de l’univers vivant .................................... 170

Chapitre 8 – La transposition didactique : du savoir savant au savoir scolaire .. 181

Les niveaux de transposition .............................................................................. 181La sélection des savoirs ....................................................................................... 182La transformation des savoirs ............................................................................. 182

La dogmatisation ......................................................................................... 182La décontextualisation ................................................................................ 183La dépersonnalisation ................................................................................. 183La désyncrétisation ...................................................................................... 183La programmation ....................................................................................... 183La reformulation .......................................................................................... 183L’opérationnalisation .................................................................................. 183

une transposition didactique réussie ................................................................ 184

Chapitre 9 – Le contrat didactique : un contrat implicite entre l’enseignant et l’élève ............................................................................................ 185

Le contrat didactique ......................................................................................... 185La dévolution des problèmes ............................................................................. 186Des ruptures de contrat en didactique des sciences et des technologies au primaire .......................................................................................................... 187Le contrat didactique idéal en sciences et technologies au primaire ............. 187

Chapitre 10 – Le Programme de formation de l’école québécoise : la sous-section science et technologie ............................................ 189

Présentation de la discipline .............................................................................. 189Encadré : Science et technologie ou sciences et techniques ? ......................................... 190Encadré : Des compétences au primaire ? .................................................................. 192Premier cycle du primaire .................................................................................. 192

Compétence ................................................................................................. 192Savoirs essentiels .......................................................................................... 194

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Deuxième et troisième cycles du primaire ........................................................ 196Compétence 1 .............................................................................................. 196Encadré : Existe-t-il des compétences transversales ? ............................................ 197Compétence 2 .............................................................................................. 199Encadré : Des précisions au sujet de la compétence 2 .......................................... 200Compétence 3 .............................................................................................. 202Encadré : Les langages : outil de communication et véhicules de la pensée ........... 203Repères culturels .......................................................................................... 205Encadré : La culture au second plan ? .............................................................. 206Savoirs essentiels .......................................................................................... 207Encadré : Un exemple de désyncrétisation des savoirs ? ....................................... 208Encadré : Trop de savoirs essentiels ? ................................................................. 214Stratégies ...................................................................................................... 215Suggestions pour l’utilisation des technologies de l’information et de la communication ............................................................................... 216Encadré : Combien d’heures par semaine doit-on enseigner la science et la technologie ? ............................................................................................. 217

Chapitre 11 – Les activités de résolution de problème : l’essentiel du travail en sciences et technologies ............................................................. 219

Des problèmes de type « boîte noire » ............................................................... 219Encadré : Les problèmes des élèves ou des enseignants ? ............................................. 221Les composantes d’une activité de résolution de problème ............................ 221

Titre .............................................................................................................. 222Thème ........................................................................................................... 222Âge des élèves ............................................................................................... 222Temps ............................................................................................................ 222INFoRMaTIoN DESTINÉE aux ÉLèVES............................................... 222Énoncé du problème ................................................................................... 222Matériel requis ............................................................................................. 223INFoRMaTIoN DESTINÉE à L’ENSEIgNaNT ...................................... 223Savoirs essentiels .......................................................................................... 223Suggestions d’activités fonctionnelles ........................................................ 223

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tablE dEs matièrEs

Sécurité ......................................................................................................... 225Quelques solutions ou approches possibles ............................................... 225Concepts scientifiques ................................................................................. 226Repères culturels .......................................................................................... 226Suggestions d’activités de structuration ..................................................... 227Suggestions d’activités d’enrichissement ................................................... 228Évaluation des apprentissages ..................................................................... 228

Chapitre 12 – Des exemples de problèmes au sujet de l’univers matériel : du préscolaire à la fin du primaire ................................................. 229

Peut-on détecter un très faible courant d’air ? .................................................. 229Comment peut-on conserver un glaçon le plus longtemps possible ? ............. 232Peut-on empêcher des objets en fer de rouiller ?.............................................. 235Comment peut-on construire la tour la plus haute possible avec des cure-dents et de la pâte à modeler ? .................................................... 237Peut-on fabriquer du sirop d’érable artificiel ? ................................................. 240Comment peut-on séparer le poivre et le sel d’un mélange de ces deux substances ? ..................................................................................... 243

Chapitre 13 – Des exemples de problèmes au sujet de la Terre et de l’Espace : du préscolaire à la fin du primaire ................................................. 247

Les nuages sont-ils tous identiques ? .................................................................. 247Comment peut-on représenter la formation d’un cratère de météorite ? ...... 250Comment peut-on représenter le ciel étoilé de l’hémisphère Nord ? ............. 253Peut-on construire un instrument simple pour mesurer le temps ? ................ 256Peut-on construire un détecteur rudimentaire de tremblement de terre ? .... 260Peut-on estimer ou mesurer le taux d’humidité de l’air ? ................................ 264

Chapitre 14 – Des exemples de problèmes au sujet de l’univers vivant : du préscolaire à la fin du primaire ................................................. 269

De quoi une plante a-t-elle besoin pour vivre ? ................................................. 269Peut-on identifier un objet sans le voir ? ............................................................ 272Peut-on clarifier de l’eau sale ? ........................................................................... 274Peut-on empêcher des morceaux de pomme de brunir ? ................................ 277

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Quelles sont ces poudres blanches ? .................................................................. 280Peut-on distinguer de l’eau douce et de l’eau sucrée sans y goûter ? .............. 283

Chapitre 15 – Les langages des sciences et des technologies : outils de communication et véhicules de la pensée ...................... 287

Les trois langages des sciences et des technologies .......................................... 288Le langage naturel ....................................................................................... 288Le langage symbolique ................................................................................ 288Le langage graphique .................................................................................. 289

L’acquisition des langages des sciences et des technologies ............................ 289Tirer profit de la lecture d’un manuel scolaire ......................................... 290acquérir un vocabulaire scientifique de base ............................................ 290accroître son vocabulaire scientifique par la lecture ................................ 291apprendre à s’exprimer oralement ............................................................ 291Prendre conscience de l’importance de bien rédiger ............................... 291articuler sa pensée par l’utilisation de liens grammaticaux ..................... 291apprendre à synthétiser de l’information .................................................. 292observer et commenter ............................................................................... 292Connaître quelques symboles ..................................................................... 292Produire un tableau de résultats ................................................................. 292Interpréter un tableau et tracer un graphique .......................................... 293Interpréter divers types de graphiques ....................................................... 293Écouter, visualiser et traduire ...................................................................... 293Élaborer un réseau de concepts .................................................................. 294

Chapitre 16 – Les repères culturels : mieux connaître l’histoire des sciences et des technologies pour mieux enseigner .................................... 295

Les avantages d’une perspective historique ...................................................... 296une façon d’intégrer l’histoire des sciences et des technologies à l’enseignement ................................................................................................. 298Des exemples de capsules historiques ............................................................... 301

Le radiomètre .............................................................................................. 301La loi de Hooke ........................................................................................... 301

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tablE dEs matièrEs

Le thermoscope ........................................................................................... 302La pile électrique ......................................................................................... 303Les lentilles et la chambre noire ................................................................. 305La chromatographie sur papier .................................................................. 306L’eau de Javel ............................................................................................... 306La clepsydre .................................................................................................. 307Les découvertes astronomiques de galilée ................................................ 308Les constellations de l’hémisphère Nord du ciel ...................................... 309Les distances Terre-Lune et Terre-Soleil .................................................... 311Le gyroscope ................................................................................................ 311Le séismoscope ............................................................................................. 312Le pluviomètre ............................................................................................. 313Les fossiles .................................................................................................... 314La protection des aliments .......................................................................... 314La respiration des plantes ........................................................................... 315Les organismes microscopiques .................................................................. 316L’épuration des eaux usées ......................................................................... 317Le diabète et la détection du sucre ............................................................. 318La tour .......................................................................................................... 320Le parachute ................................................................................................ 321Le disque microsillon .................................................................................. 322Le thermos ................................................................................................... 322Les empreintes digitales .............................................................................. 323La saumure ................................................................................................... 324

Chapitre 17 – L’intégration des matières : les projets transdisciplinaires ........... 325

Les projets transdisciplinaires et les activités disciplinaires ............................. 325Quelques avantages des projets transdisciplinaires .......................................... 326Les caractéristiques d’un projet transdisciplinaire ........................................... 327

La transdisciplinarité ................................................................................... 327Le niveau conceptuel élevé des savoirs ....................................................... 327

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Le lien avec les domaines généraux de formation .................................... 327Des compétences disciplinaires semblables ............................................... 327Le lien avec des compétences transversales ............................................... 328Le réalisme ................................................................................................... 328

Chapitre 18 – Les technologies de l’information et de la communication : un complément utile ....................................................................... 329

Les TIC et le questionnement de la nature ....................................................... 329Les TIC et les technologies ................................................................................ 330Les logiciels de traitement de texte ................................................................... 330Les tableurs ......................................................................................................... 331Les diaporamas électroniques ............................................................................ 331Les logiciels de dessin ......................................................................................... 332Les CD et les DVD ............................................................................................... 332Les logiciels de courrier électronique ............................................................... 332Le Web ................................................................................................................. 333Les logiciels de cartographie conceptuelle ....................................................... 334Les logiciels de simulation ................................................................................. 334L’expérimentation assistée par ordinateur (Exao) ......................................... 335Les laboratoires virtuels ...................................................................................... 335La robotique ........................................................................................................ 336

Chapitre 19 – Les musées scientifiques et technologiques : des établissements aux rôles multiples .......................................................................... 339

La formation initiale des enseignants ................................................................ 339La formation continue des enseignants ............................................................ 340L’animation pédagogique au musée ................................................................. 340L’animation pédagogique à l’école ................................................................... 341Les trousses de matériel pour les écoles ............................................................ 341Les sites Web des musées .................................................................................... 341L’apport possible d’autres types de musées ...................................................... 342

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tablE dEs matièrEs

Chapitre 20 – L’évaluation des apprentissages en sciences et technologies : principes et outils ............................................................................ 343

La définition et les rôles de l’évaluation ........................................................... 344Le rôle d’aide à l’apprentissage .................................................................. 344Le rôle de reconnaissance des compétences, des savoirs et des stratégies ............................................................................................ 345

Les étapes de l’évaluation ................................................................................... 345La planification de l’évaluation .................................................................. 345La prise d’information et son interprétation ............................................. 346Le jugement ................................................................................................. 346La décision ................................................................................................... 346La communication ....................................................................................... 346

Le contexte de l’évaluation ................................................................................ 347Les objets d’évaluation ................................................................................ 347Les situations d’apprentissage et les situations d’évaluation .................... 347Les conditions de réalisation ....................................................................... 347Les tâches ..................................................................................................... 347Les critères d’évaluation .............................................................................. 347

Les principaux outils d’évaluation en sciences et technologies ...................... 348La grille d’observation ................................................................................. 348La fiche d’appréciation ............................................................................... 357L’autoévaluation et l’évaluation par les pairs ............................................. 358Le carnet scientifique de l’élève ................................................................. 359Le dossier d’apprentissage (portfolio) ....................................................... 361Les questions orales et les échanges avec l’élève ....................................... 361Les questions écrites à correction objective ............................................... 362Les questions écrites à développement ...................................................... 365

Chapitre 21 – L’évaluation du matériel didactique : manuels, didacticiels et sites Web, matériel scientifique .................................................. 367

Les manuels scolaires .......................................................................................... 367Le manuel de l’élève .................................................................................... 368Le manuel de l’enseignant .......................................................................... 370

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Les ouvrages de vulgarisation ............................................................................. 372Les didacticiels et les sites Web .......................................................................... 373Le matériel scientifique spécialisé ..................................................................... 376

Chapitre 22 – L’évaluation de l’enseignement : des critères adaptés aux sciences et aux technologies .................................................... 377

Compétence 1 : Le savoir et la culture ............................................................... 378Compétence 2 : La langue d’enseignement ...................................................... 378Compétence 3 : La conception de situations d’enseignement-apprentissage .. 379Compétence 4 : Le pilotage de situations d’enseignement-apprentissage ...... 380Compétence 5 : L’évaluation des apprentissages .............................................. 380Compétence 6 : Le fonctionnement du groupe-classe ..................................... 381Compétence 7 : Les élèves présentant des difficultés d’apprentissage,

d’adaptation et un handicap ................................................... 381Compétence 8 : Les technologies de l’information et des communications .. 382Compétence 9 : La coopération avec toutes les personnes concernées .......... 382Compétence 10 : Le travail avec l’équipe pédagogique ................................... 383Compétence 11 : Le développement professionnel .......................................... 383Compétence 12 : L’action éthique et responsable ............................................ 384

annexe 1 – L’enseignement des sciences et des technologies au préscolaire ...... 385

Le programme de formation de l’école québécoise (éducation préscolaire) ... 385Les compétences .......................................................................................... 385Les savoirs essentiels .................................................................................... 385Les repères culturels .................................................................................... 386

Les particularités de l’enseignement des sciences et des technologies au préscolaire ...................................................................................................... 386

Les activités de résolution de problème ..................................................... 387Les autres types d’activités ........................................................................... 388

annexe 2 – Les difficultés d’enseignement et d’apprentissage en sciences et technologies ..................................................................................... 389

Les difficultés qui relèvent de la relation enseignant-savoir ............................ 389Les difficultés liées à une mauvaise transposition didactique ................... 389Les difficultés liées aux obstacles didactiques ............................................ 390

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tablE dEs matièrEs

Les difficultés qui relèvent de la relation enseignant-élève ............................. 390Les difficultés liées au contrat didactique .................................................. 390Les difficultés liées aux écarts aux démarches attendues .......................... 391Les difficultés liées à la compréhension des consignes ............................. 391

Les difficultés qui relèvent de la relation élève-savoir ...................................... 391Les difficultés liées à la conception des démarches didactiques .............. 391Les difficultés liées aux conceptions fréquentes et aux obstacles épistémologiques .............................................................. 392Les difficultés liées à la nouveauté des termes et des symboles ................ 392Les difficultés liées au niveau d’abstraction du contenu ........................... 393

Les autres difficultés ........................................................................................... 393Les difficultés liées à la lecture .................................................................... 393Les difficultés liées aux mathématiques ..................................................... 393Les difficultés liées aux peurs des élèves .................................................... 394Les difficultés liées à la religion et à la culture .......................................... 394

annexe 3 – Faire des sciences et des technologies en toute sécurité .................... 395

Consignes d’ordre général ................................................................................. 395La sécurité dans le domaine de l’univers matériel ........................................... 397La sécurité dans le domaine de la Terre et de l’Espace ................................... 398La sécurité dans le domaine de l’univers vivant ............................................... 399La sécurité lors des sorties dans la nature ......................................................... 400En cas d’accident ou de blessure légère ............................................................ 401En cas de blessure grave ..................................................................................... 401Les premiers soins ............................................................................................... 401

Restez calme ................................................................................................. 401Rétablissez la respiration ............................................................................. 402arrêtez les hémorragies ............................................................................... 402Prévenez l’état de choc ................................................................................ 402

La prévention et le contrôle des incendies ....................................................... 402

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annexe 4 – Les expo-sciences et les défis technologiques ..................................... 403

Les expo-sciences ................................................................................................ 403Les défis technologiques .................................................................................... 405

annexe 5 – Le matériel ............................................................................................. 407

Le matériel relativement durable ...................................................................... 407Le matériel à renouveler assez fréquemment ................................................... 416

Bibliographie .............................................................................................................. 423

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avanT-propos

Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire est une deuxième édition entièrement revue et augmentée de l’ouvrage Enseigner les sciences et la tech no-logie au préscolaire et au primaire paru en 2004. Il a d’abord été conçu pour les étudiants des programmes de formation à l’éducation au préscolaire et à l’ensei gnement au primaire qui suivent des cours portant sur la didactique de ces matières scolaires. Il s’adresse également aux enseignants et aux conseillers péda go giques ainsi qu’à toute personne que l’enseignement et l’apprentissage des sciences et des technologies intéressent. L’ouvrage est en partie basé sur le Programme de formation de l’école québécoise, du ministère de l’Éducation du Québec (MEQ, 2001), mais étant donné que les programmes d’études d’un certain nombre de pays de la franco phonie sont à plusieurs égards assez semblables, il pourra également être utile dans d’autres régions du monde.

Quelques mots, d’abord, au sujet du titre : pourquoi commence-t-il par le mot enseigner ? Ne dit-on pas souvent, depuis quelque temps, que le milieu scolaire est en train de vivre une révolution, un changement de paradigme qui le fait passer de l’ère de l’enseignement à celle de l’apprentissage ? L’enseignant n’est-il pas devenu un facili tateur, un initiateur, un simple guide dans l’univers des compétences et des savoirs scientifiques ? L’enseignement n’est-il pas un concept dépassé ? Sans nier le rôle central de l’élève dans ses apprentissages, et sans souhaiter non plus un retour à l’époque d’un enseignement centré sur les exposés magistraux, notre conviction, qui est la même que celle de la plupart des spécialistes de la didactique, est que le fait d’ensei gner est autant, sinon plus, important à notre époque qu’à toutes les époques précédentes. Évidemment, l’enseignement ne se conçoit plus de la même façon et consiste principalement à concevoir et à piloter des situations, des problèmes et des activités pertinentes et stimulantes. Mais cette conception et ce pilotage sont extrê me ment exigeants et demandent une implication et un engagement constant de la part de l’enseignant, dont la principale fonction sera toujours, par définition, d’enseigner.

Par ailleurs, le Programme de formation de l’école québécoise comporte une section intitulée « Domaine de la mathématique, de la science et de la technologie », qui se subdivise en une sous-section Mathématique (au singulier) et une sous-section Science et technologie (les deux mots au singulier également). Le titre de l’ouvrage ne devrait-

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il pas, alors, se lire Enseigner la science et la technologie au primaire ? Il nous semble toutefois que l’expression « science et technologie » est un calque de l’anglais science and technology. Nous croyons qu’il serait préférable, en bon français, de parler de sciences, au pluriel, parce qu’il existe de nombreuses sciences, comme la physique, la chimie, l’astronomie, la géologie, la météorologie, la biologie, très différentes les unes des autres par leurs concepts, leurs théories et leurs approches. (La même remarque pourrait d’ailleurs s’appliquer au terme mathématique, étant donné que les mathématiques sont un ensemble de disciplines aussi diverses que l’algèbre, la statistique, la géométrie, la topologie, etc.). Et il serait préférable aussi de parler de techniques, au pluriel également, parce qu’il existe aussi de nombreuses techniques qui reposent, selon les cas, sur des concepts de sciences physiques, de sciences biologiques ou de sciences de la Terre et de l’Espace, et parce que ce terme serait plus approprié que le terme technologie qui désigne habituellement l’étude des techniques des machines et des outils employés dans l’industrie, un domaine qui n’est pas à la portée des élèves du préscolaire et du primaire. Le titre que nous avons choisi est donc un compromis qui se rapproche du titre officiel de la sous-section « Science et technologie » du Programme de formation de l’école québécoise mais dans lequel les mots sciences et technologies sont plutôt employés au pluriel et où technologies désigne un ensemble de techniques.

Le présent ouvrage, divisé en vingt-deux chapitres et comportant cinq annexes, se caractérise par le fait que tous les aspects de la didactique, c’est-à-dire les savoirs, l’élève, l’enseignement et l’évaluation sont abordés selon une approche centrée sur l’évolution des conceptions fréquentes des jeunes. Cette approche découle de l’idée que les sciences sont une activité humaine qui consiste à résoudre les inconsistances qui peuvent exister entre diverses conceptions des objets, des êtres et des phénomènes du monde matériel et du monde vivant. L’ouvrage se distingue également par le fait que les savoirs sont présentés d’une façon facilement accessible, et ne nécessitent pas, pour être compris, de connaissances préalables approfondies en sciences ou en didactique. De plus, les nombreux aspects pratiques témoignent de l’importance accordée à la réalité concrète de l’école et de la salle de classe. Le volume suggère, par exemple, un grand nombre d’activités, de problèmes et d’instruments de mesure adaptés aux réalités particulières du préscolaire et du primaire.

Les chapitres 1, 2 et 3 expliquent l’importance de la discipline science et techno-logie au préscolaire et au primaire, tracent une vue d’ensemble de la didactique, des sciences, des technologies et de la philosophie des sciences, présentent diverses

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avant-propos

concep tions de l’activité scientifique et comportent une définition de l’apprentissage des sciences qui découle logiquement de la conception correctionniste retenue.

Les chapitres 4, 5 et 6, conçus sous forme d’aide-mémoire, définissent les princi-paux concepts relatifs à l’univers matériel, à la Terre et à l’Espace et à l’univers vivant auxquels il est utile de pouvoir se référer lorsqu’on s’intéresse à l’enseignement des sciences et des technologies au primaire.

Les chapitres 7, 8 et 9 abordent d’abord le constructivisme didactique, qui con-siste à faire évoluer les conceptions des élèves, et traitent ensuite de deux théories fondamentales de la didactique des sciences : la théorie de la transposition didac-tique, qui porte sur le passage du savoir savant au savoir enseigné, et la théorie du contrat didactique, qui concerne les droits et les responsabilités des élèves et des enseignants.

Le chapitre 10, qui reprend la sous-section « Science et technologie » du Programme de formation de l’école québécoise du ministère de l’Éducation du Québec, comporte quelques commentaires critiques.

Les chapitres 11, 12, 13 et 14, les plus directement applicables en salle de classe, décrivent les activités de résolution de problèmes, qui constituent l’essentiel du travail en sciences et technologies, et proposent des exemples de problèmes, pour des élèves du préscolaire à la fin du primaire, dans les domaines de l’univers matériel, de la Terre et de l’Espace, et de l’univers vivant.

Les chapitres 15, 16, 17, 18 et 19 traitent d’aspects périphériques mais néanmoins importants de l’enseignement des sciences et de la technologie : les langages des sciences et des technologies, les repères culturels, qui incluent notamment le rôle essentiel de l’histoire des sciences et des technologies en enseignement de ces disci-plines, l’intégration des matières, qui se vit souvent sous forme de projets trans-disciplinaires, l’utilisation des technologies de l’information et de la commu nication et, finalement, les rôles multiples des musées scientifiques et technologiques.

Les chapitres 20, 21 et 22 abordent l’évaluation des apprentissages, du matériel didactique et de l’enseignement en sciences et technologies. Il propose divers instru-ments de mesure faciles à utiliser.

Les cinq annexes présentent les particularités de l’enseignement des sciences et des technologies au préscolaire, les principales difficultés d’enseignement et d’apprentissage en sciences et technologies, des consignes et des suggestions visant

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la sécurité dans le déroulement des activités scientifiques et technologiques, une description des expo-sciences et des défis technologiques ainsi qu’une liste du matériel nécessaire pour animer la plupart des activités de résolution de problème en sciences et technologies.

Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire aura atteint son but s’il contribue à renouveler l’enseignement des sciences et des technologies, au préscolaire et au primaire, dans une direction conforme aux orientations actuelles de la didactique des sciences.

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cHapiTre 1

La science et La technoLogie : Une matière scoLaire importante aU préscoLaire et aU primaire

Pourquoi enseigner la science et la technologie au préscolaire et au primaire ? on pourrait croire, en effet, qu’il s’agit d’une matière scolaire trop difficile pour de jeunes élèves et qu’elle concerne surtout les ordres d’enseignement supérieurs. Pourtant, de nombreuses raisons militent en faveur de l’enseignement de cette discipline, dès le préscolaire, et de l’importance de plus en plus grande qu’il faudrait lui accorder à mesure que les élèves progressent vers les niveaux supérieurs du primaire.

Ce chapitre présente les principales raisons pour lesquelles la discipline « science et technologie » est importante au préscolaire et au primaire. Certaines de ces raisons ressortaient déjà clairement, en 1983, d’un état de la question basé sur près de 60 recherches (Bredderman, 1983) et reviennent dans des rapports récents du Conseil de la science et de la technologie du gouvernement du Québec (CST, 2004) et de l’orga nisation de coopération et de développement économiques (oCDE, 2007).

répondre au besoin de savoir

Toute personne qui a déjà été en contact avec des enfants sait à quel point ils peuvent bombarder leur entourage de questions : Pourquoi le sucre disparaît-il dans l’eau ? Pourquoi les aimants attirent-ils des clous ? Pourquoi faut-il du savon pour se laver ? Pourquoi le Soleil se couche-t-il le soir ? Pourquoi la Lune change-t-elle de forme ? Comment fait-on du beurre ? Pourquoi les feuilles des arbres changent-elles de couleur à l’automne ? Pourquoi les oiseaux chantent-ils ?

La discipline science et technologie étanche cette soif de savoir des enfants et fait en sorte qu’ils comprennent mieux le monde qui les entoure. Elle leur offre l’occasion de se familiariser, graduellement, avec plusieurs concepts des domaines de l’univers matériel, de la Terre et de l’Espace et de l’univers vivant.

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assurer un développement cognitif équilibré

La discipline science et technologie développe, chez les élèves, des compétences diffé-rentes de celles des autres disciplines scolaires. Elle vise par exemple à ce qu’ils soient capables de proposer des solutions à des problèmes de nature scientifique, d’utiliser des instruments de mesure et de communiquer à l’aide d’un langage spécialisé.

Elle leur permet également d’acquérir certaines habiletés et attitudes particu-lières, notamment l’habileté à bien observer, à classifier des objets et des êtres vivants, à formuler des hypothèses et à expérimenter, ainsi que des attitudes telles que la curiosité, la minutie, la précision, l’esprit critique et le respect de l’environnement. La discipline science et technologie joue donc un rôle important dans l’équilibre du développement cognitif des élèves.

rehausser la culture générale

Les découvertes scientifiques et les inventions technologiques sont le fait de per-sonnes ou d’équipes ayant vécu à différentes époques de l’histoire de l’humanité. L’étude de la science et de la technologie devrait faire en sorte que les élèves puissent connaître les contributions fondamentales de scientifiques tels qu’archimède, Copernic, galilée, Newton, Darwin, Pasteur, Marie Curie ou Einstein, pour n’en nommer que quelques-uns, et comprendre le contexte historique dans lequel ces décou vertes furent effectuées.

Par ailleurs, l’étude de la science et de la technologie permet de mieux com-prendre les valeurs qui assurent la crédibilité du résultat de travaux des scientifiques et des technologues et de voir les impacts de l’activité scientifique et technologique sur le mode de vie des êtres humains et sur l’environnement. Elle vise aussi à faire réaliser que la science et la technologie n’ont pas réponse à tout et ne peuvent résoudre tous les problèmes, ce qui leur confère des limites dont il est important de prendre conscience.

rendre actif

Lorsqu’elle est bien enseignée, la discipline science et technologie repose principa-le ment sur la solution de problèmes concrets, qui passe par la réalisation d’une expérience ou la construction d’un prototype et qui exige la manipulation de matériel, d’outils et d’instruments. Les élèves sont donc très actifs lors de leurs apprentissages.

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la sciEncE Et la tEchnologiE : unE matièrE scolairE importantE au préscolairE Et au primairE

Cette caractéristique de la discipline science et technologie la rend très attrayante pour les élèves, et particulièrement pour ceux qui apprécient les occasions de bouger et de fabriquer quelque chose. un enseignement régulier et dynamique de la science et de la technologie peut donc contribuer à développer des attitudes plus positives envers l’école et à réduire les taux de décrochage qui se manifestent plus tard, au cours de la scolarité des élèves.

préparer aux ordres d’enseignement supérieur

L’intérêt pour la science et la technologie, un peu comme l’intérêt pour la musique, se développe plus tôt, dans la vie des enfants, que l’intérêt pour plusieurs autres matières scolaires. Les élèves qui sont privés d’un enseignement adéquat de cette discipline, au préscolaire et au primaire, risquent donc, au cours de leur scolarité ultérieure, de se limiter aux seuls cours de science et de technologie qui sont absolu-ment obligatoires et de perdre la possibilité de développer leur potentiel et leurs aptitudes dans ces domaines.

Par ailleurs, au secondaire, l’enseignement de la science et de la technologie devient rapidement de plus en plus abstrait, formel et exigeant. un élève qui n’a pas étudié cette discipline au primaire se retrouve un peu dans la situation de quelqu’un qui essaierait d’apprendre à conduire sans jamais avoir vécu l’expérience d’être passager dans une voiture. Il est rapidement surchargé d’informations nouvelles et risque de prendre peur et d’échouer. La discipline science et technologie, au pré-sco laire et au primaire, assure une familiarisation graduelle avec des concepts qui paraîtront moins inquiétants par la suite.

augmenter l’intérêt pour les carrières scientifiques et techniques

Plusieurs adultes, jeunes et moins jeunes, se plaignent de ne pas réussir à dénicher un emploi attrayant et bien payé. Pourtant, à l’inverse, de nombreuses entreprises n’arrivent pas à recruter de candidats pour un grand nombre de postes fort inté-ressants. Plusieurs de ces postes relèvent de domaines scientifiques et techniques mais la grande majorité des étudiants, surtout dans les universités, se retrouvent dans les facultés et départements d’arts, de lettres ou de sciences humaines.

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EnseignerMarcel Thouin

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inEnseigner les sciences et la technologie au préscolaire et au primaire vise à renouveler l’ enseignement et l’ apprentissage des sciences

et de la technologie au préscolaire et au primaire dans une direction conforme aux orienta tions actuelles de la didactique des sciences. Ainsi, tous les aspects de la didactique, c’ est-à-dire les savoirs, l’ apprentissage, l’ enseignement et l’ évaluation, sont abordés selon une démarche centrée sur l’ évolution des conceptions des élèves. De plus, les nombreux aspects pratiques de l’ ouvrage témoignent de l’ importance accordée à la réalité concrète de la salle de classe.L’ ouvrage présente notamment les principaux concepts scientifiques auxquels il est utile de pouvoir se référer, de même que les principales compé tences et stratégies que l’ enseignement des sciences et de la technologie vise à acquérir et à développer. Il expose quelques théories fondamentales, dont le constructivisme didactique, la transposition didactique et le contrat didactique. Il propose également un canevas de planification de problématiques comportant des activités fonctionnelles, des activités de résolution de problème et des activités de structuration. Il fournit enfin des repères culturels en sciences et technologie et donne des indications précieuses au sujet des langages des sciences et de la technologie, de l’ intégration des matières, de l’ utilisation des technologies de l’ information et de la communication, ainsi que de l’ évaluation des apprentissages.Des annexes traitent des principales difficultés d’ apprentissage en sciences et technologie, présentent des conseils pour que les activités se déroulent en toute sécurité et dressent une liste exhaustive des conceptions fréquentes des élèves et des activités d’ apprentissage qui favorisent leur évolution.Enseigner les sciences et la technologie au préscolaire et au primaire est sans contredit une référence pour les étudiants des programmes de formation des maîtres du préscolaire et du primaire, pour les enseignants en exercice et pour toutes les personnes qui s’ intéressent aux meilleures façons d’ enseigner les sciences et la technologie aux enfants.

MARCEL THOUIN est professeur de didactique des sciences à la Faculté des sciences de l’ éducation de l’ Université de Montréal. Il est l’ auteur de plusieurs livres dont Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique, Problèmes de sciences et de technologie pour le préscolaire et le primaire et Explorer l’ histoire des sciences et des techniques.

ISBN 978-2-89544-140-3

9 782895 441403

LES SCIENCES ET LES TECHNOLOGIES AU PRÉSCOLAIRE ET AU PRIMAIRE

Nouvelle édition

revue et augmentée

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Documents

Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire ... · et de la technologie, de l’ intégration des matières, de l’ utilisation des technologies de l’ information