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