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La démarche d’investigati on Stage inter-degré - Montréal - 9 au 11 janvier 2013 Hervé Froissard

La démarche dinvestigation Stage inter-degré - Montréal - 9 au 11 janvier 2013Hervé Froissard

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La démarche d’investigation

Stage inter-degré - Montréal - 9 au 11 janvier 2013 Hervé Froissard

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La démarche d ’investigation Pour construire des savoirs scientifiques à partir

d ’exemples concrets.

Pour motiver les élèves et leur faire aimer les sciences en donnant du sens et en s ’appuyant sur le concret.

Pour assurer la formation méthodologique des élèves au travers des productions réalisées

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Deux exemples de démarches d’investigation au collège- En SPC et en 5ème : sources primaire et secondaire de la lumière ; distinction entre diffusion et réflexion- En SVT et en 3ème : chaque chromosome est constitué d’ADN

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Indice …les valises sur le toit contiennent : - Un pull noir, des affaires de toilette. - Des draps blancs - Un tee shirt bleu marine - Des chaussettes vertes. - Une couverture rouge. - Une carte routière.

Monsieur et Madame Labricole sont sur la route des vacances et en pleine nuit, un chauffard les pousse dans le fossé.

Les dommages sont heureusement peu importants : un pneu crevé !

Aide les à y voir clair pour qu’ils puissent changer leur roue !

Une investigation en classe de 5ème , en SPC

Une situation déclenchante

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- Diriger la lumière des phares sur le pneu à l’aide d’un miroir (trousse de toilette).- Disposer le drap blanc devant les phares pour éclairer le pneu crevé- Disposer et orienter le drap blanc de manière à éclairer le pneu crevé

D’autres hypothèses sont écartées comme :- Badigeonner la roue de dentifrice ( difficilement réalisable).- Attendre le lever du soleil. - Appeler un dépanneur. - Décrocher un phare pour l’orienter sur la roue. - Rouler jusqu’au prochain point lumineux …

Comment éclairer un objet Hypothèses proposées par les élèves

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Liste de matériel fourni- Tissu blanc, noir, colorés- Miroir- Lampe de poche- …

En manipulant , les élèves sont assez surpris de l’efficacité de leur dispositif et comprennent l’importance de l’orientation de l’écran blanc.

Enoncé d’un protocole pour modéliser la situation

Modélisation: mise à l’épreuve des hypothèses

Présentation des résultats et confrontation aux données Structuration du savoir

Une source primaire produit elle-même la lumière qu'elle émet.Une source secondaire diffuse la lumière qu'elle reçoit.Les objets clairs diffusent mieux la lumière que les objets foncés

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Prolongement• Introduction de la notion de propagation rectiligne de la lumière. • Schématisation du dispositif • Tracé des rayons lumineux

RemarquesOn peut utiliser l’image pour soulever le problème de la représentation du faisceau lumineux émis par les phares ; est-il réellement visible ?…Distinction entre les phénomènes de réflexion et de diffusion.

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Des chromosomes dans des cellules de racine de jacinthe

Des chromosomes dans des cellules de glandes salivaires de larves de

chironomes

Une investigation en classe de 3ème, en SVT

Les chromosomes, présents dans le noyau sont le support du programme génétique.

Les filaments colorés en vert ou en rose dans ces cellules sont des chromosomes

Une situation déclenchante

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1ère étape: isoler le matériel génétique (les chromosomes)

2ème étape: mettre en évidence le contenu chimique des chromosomes

Matériel nécessaire- Matériel biologique: kiwi, banane, chou fleur, oignon …- Matériel de laboratoire : mortier, pilon, tube à essai, filtre, entonnoir, - Produit chimique: alcool, acide acétique, colorants spécifiques- Matériel de sécurité: gants, lunettes

Quelle est la molécule constitutive des chromosomes?

Définition d’un projet: comment va-t-on faire pour répondre à cette question?

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1ère étape: isoler le matériel génétique (les chromosomes)- Il faut éclater les cellules - Libérer le contenu des noyaux

2ème étape: mettre en évidence le contenu chimique des chromosomes - Utiliser des colorants spécifiques On dispose de plusieurs colorants.

Des colorants utilisés pour mettre en évidence différentes structures ou molécules

Colorants Structures et molécules Coloration

Rouge soudan Les lipides Rouge

Bleu de méthylène Les noyaux Bleu

Lugol (eau iodée) L’amidon Bleu violet

Réactif de Schiff L’ADN Rose

Carmin aluné La cellulose Rose

Vert de méthyl Les noyaux Vert

Définition du projet

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Mortier et pilon pour broyer et désorganiser les tissus

Eclatement des cellules

Pour isoler le constituant chromosomique

Pour obtenir une solution de molécules

Obtention d’un filament, constituant des chromosomes

Mettre à l’œuvre le projet

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Préparation à la coloration

Réactif de Schiff Coloration de l’ADN

Acide acétique

Utilisation de différents colorants

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L’information génétique, portée par les chromosomes, est constituée d’ADN.

Présentation des résultats et confrontation aux données

Structuration du savoir

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Les étapes de la démarche d ’investigation

Appropriation du savoir « est-on capable d’utiliser ce que l’on a appris ? »

Motivation : des faits observables « d’où est-ce qu’on part? »

Problématisation « qu’est-ce qu’on cherche à comprendre? »

Définition d’un projet « comment va-t-on faire pour chercher? »

Mise en œuvre du projet « l’investigation elle-même »

Confrontation « a-t-on trouvé ce que l’on cherchait ? Est-ce conforme ?»

Structuration du savoir « le savoir construit : ce que l’on a expliqué, compris, découvert »

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La motivation ou situation déclenchanteun bilan des connaissances acquises antérieurementune situation proche de la préoccupation des élèves, un fait d’actualité, une perturbation, liée à une confrontation des représentations des élèves ou à l’étude d’un document relatif à l’histoire des sciences, une confrontation entre des acquis et un fait nouveau, des observations du réel…

Un motif pour chercher, Une raison de chercher, Un prétexte pour chercher

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La problématisation

C’est la phase de questionnement Formulation d’un problème à résoudreFormulation d’un phénomène dont on cherche à comprendre le mécanismeFormulation d’une opinion dont on veut faire un savoirFormulation d’un inconnu que l’on veut explorer

Phase essentielle d’appropriation de la

recherche

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La définition d’un projet

Formulation des hypothèses à vérifier, de leurs conséquences vérifiablesFormulation d’un projet d’observation (dans la nature, en laboratoire, etc.)Formulation d’un projet de modélisation, de simulation Formulation d’un projet d’exploration de bases de données ou de bibliographieLaisser chercher les élèves, de ne pas leur imposer un raisonnement par des consignes trop nombreuses et trop détaillées.

Favoriser l’autonomie pour donner du sens à

l’investigation

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Les élèves savent ce qu’il font et

pourquoi

La mise en œuvre du projet

Mise en œuvre d’un protocole expérimentalObservation macroscopique, microscopique… Utilisation d’un logiciel pour simulerModélisation analogique, numérique Recherche documentaire Variété infinie de possibilités

L’investigation sensu stricto

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La confrontation

Faits recherchés / faits découvertsRésultats prévus / résultats obtenusIdées initiales / épreuve des faitsAu final, a-t-on trouvé ce que l’on cherchait

Redonner sa place à l’erreur dans l’investigation

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La structuration du savoir

Enoncé de la notion construiteStructuration des savoirs en relation avec les savoir-faireEventuellement, énoncé de ce qui reste à comprendre

« Ce qu’on sait, savoir qu’on le saitce qu’on ne sait pas, savoir qu’on ne le sait pas, 

 c’est savoir Véritablement »Confucius 

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L’appropriation du savoir et du savoir-faire

L’investigation, une démarche pour acquérir

des compétences

Modifications des conceptions initiales Idées fausses « vaincues »???Mise en application et réinvestissement des compétences (savoirs et savoir-faire): exercice, QCM… Evaluation sommative des savoirs et des savoir-faire

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Mise au point:

La démarche d’investigation n’est pas unique ou exclusive et tous les sujets d’étude ne se prêtent pas à sa mise en œuvre.

Une présentation par l’enseignant est parfois nécessaire, mais celle-ci ne doit pas constituer l’essentiel du cours dans lequel la participation des élèves à la construction des leurs savoirs et savoir-faire est à privilégier.

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Travail proposéA partir d’un thème d’étude, construire une démarche d’investigation en ciblant une ou des compétences (1er degré de la complexité = formation mono objectif). Prévoir : - les acquis des élèves - l’organisation du travail- les consignes aux élèves - les modalités de formation des élèves à l’acquisition de la (ou des) compétence(s), les aides ou coups de pouce, les critères de réussite…. - les réponses ou les productions attendues- la ou les notions construites à chaque niveau.

Bloc 2 – La démarche d'investigation

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Quelques exemples de thèmes : - L’unité du vivant à l’échelle cellulaire- Un caractère commun- Le cycle de vie d’un végétal- Le développement des animaux et des végétaux selon les saisons- La fleur : le lien entre la fonction et la structure- La germination - Les modes de reproduction des êtres vivants- La parenté entre les êtres vivants - La circulation sanguine - La respiration- La reproduction sexuée- La procréation - …