Éveiller des vocations : l université à la rencontre de l école primaire Inspire article

Traduit par Camille Ducoin. Enseigner les sciences à l'école primaire peut être un défi. Dans le cadre de l'opération La main à la pâte, Samuel Lellouch et David Jasmin envoient des étudiants de l'université accompagner des professeurs des écoles. Pourquoi ne pas essayer deux de leurs…

Élèves travaillant sur les sabliers
Image reproduite avec l’aimable
autorisation de Fabrice Krot,
La Maison des Sciences

Guillermo est élève ingénieur de la prestigieuse École Polytechnique de Saint-Étienne. Il accompagne Pascale, une  enseignante faisant découvrir l’électricité à des élèves de CP dans une école locale. À la fin du cours, ils font ensemble le point de l’activité :

“As-tu vu les schémas que les enfants ont dessinés aujourd’hui? C’est incroyable les progrès qu’ils ont faits!” commente Pascale. “La semaine prochaine nous verrons l’interrupteur. Peux-tu venir aider? Ce serait formidable de pouvoir travailler ensemble encore une fois.”

“Bien sûr. Je peux apporter des schémas, vous aider à préparer le matériel et à guider les idées des enfants”, dit Guillermo. “L’interrupteur est un sujet plutôt difficile pour des enfants de six ans. On pourrait peut-être l’introduire en demandant comment ils peuvent éteindre une ampoule sans débrancher les fils.”

Dans le cadre du projet La main à la pâtew1, entre 1500 et 2000 étudiants en sciences interviennent dans des classes d’écoles primaires (enfants de 3 à 11 ans) lors de cours de sciences. Le projet a été lancé en 1996 par Georges Charpak, lauréat du prix Nobel de physique, et par l’Académie des Sciences, afin de promouvoir la démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences à l’école. Bien qu’il ait démarré en France, le projet est maintenant poursuivi dans plus de 20 pays partenaires. Il existe des sites miroirs de La main à la pâte en allemandw2, espagnolw3, serbew4, arabew5 et chinoisw6, ainsi qu’un portail Internet international, Teaching Sciencew7. Avec des versions en anglais, français et espagnol, ce portail comporte des liens vers beaucoup de projets partenaires de La main à la pâte, en Belgique, Suède, Turquie et Suisse.

La démarche d’investigation rend la science plus attrayante pour les enfants, tout en leur permettant de développer des compétences importantes et d’acquérir des connaissances scientifiques ; mais cela prend du temps. Préparer et encadrer les séances peut demander beaucoup de travail, surtout au début : il faut trouver le matériel, organiser le travail expérimental, guider les différents petits groupes d’enfants. De plus, beaucoup d’enseignants du primaire ne se sentent pas à l’aise pour encadrer des activités scientifiques.

Des étudiants comme Guillermo aident à surmonter ces difficultés. Venus d’écoles d’ingénieurs, d’IUTs et d’universités, partout en France, ils se portent volontaires pour aider les enseignants à appliquer la démarche d’investigation en classe. Pendant au moins sept semaines consécutives, des étudiants de troisième année passent une demie journée par semaine à l’école primaire. Chacun aide un enseignant à préparer la séance : trouver le matériel, préparer les polycopiés, monter les expériences, éclaircir les concepts et connaissances scientifiques. L’enseignant est en charge de la séance ; l’étudiant aide à la fois l’enseignant et les enfants tout au long du processus. Une fois la séance terminée, étudiant et enseignant l’analysent ensemble.

Afin que davantage d’étudiants et d’enseignants puissent former de tels partenariats, le ministère de l’éducation et le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche ont rejoint ce projet depuis 2009, mettant en place le programme ASTEPw8: accompagnement en sciences et technologie à l’école primaire.

De plus, La main à la pâte est le coordinateur français du projet européen Pollenw9(voir encadré), qui promeut également la démarche d’investigation, mais en mettant davantage l’accent sur la participation communautaire. Saint-Étienne, la ville pépinière française du projet Pollen, s’est concentrée sur le renforcement des liens entre son université et les écoles primaires. Sur la base de cette expérience, un guide et des ressources pour les scientifiques et enseignants ont été réalisés ; ils sont disponibles en ligne en français et anglaisw10.

 

Tout le monde y gagne

Les enfants découvrent leurs propres capacités à réaliser des expériences scientifiques, et ils ont l’opportunité de comparer leur approche avec celle d’un “vrai” étudiant en science. De plus, la démarche d’investigation permet aux enfants de bénéficier du travail d’équipe autant que des activités expérimentales en elles-mêmes : c’est une réelle source de motivation et de joie partagée.

Les professeurs des écoles se rendent compte que la science n’est pas aussi difficile qu’ils le pensaient ; avec l’aide des étudiants, ils peuvent se familiariser avec la démarche  d’investigation, semblable à celle employée en recherche scientifique. Ceci est particulièrement important, car les enseignants ont plus souvent reçu une formation littéraire que scientifique : selon le ministère de l’éducation, 80% des enseignants du primaire n’ont pas de bagage scientifique. Par ailleurs, il est satisfaisant pour les enseignants de voir combien les enfants peuvent être motivés et concentrés dans une situation expérimentale concrète.

Les étudiants en science et ingénierie ont l’opportunité de donner aux enfants une idée réaliste de leur métier en particulier, et de la science en général, tout en ayant un aperçu instructif du monde de l’enseignement. De plus, ils doivent adapter leurs connaissances à un public particulier, une tâche parfois difficile : les enfants de 3 à 11 ans peuvent provoquer des situations déconcertantes, qui sont un vrai défi pour les étudiants.

 

Pollen : l’accompagnement scientifique au niveau européen

Pollen est un projet européen qui a pour but de stimuler et de soutenir l’enseignement des sciences par la démarche d’investigation dans les écoles primaires européennes. Dans ce cadre, 12 ville pépinières de sciences ont été sélectionnées dans 12 pays européens pour impliquer l’ensemble de la communauté (familles, partenaires scientifiques, hôtels de villes, centres culturels) dans la promotion de l’enseignement des sciences à l’école primaire.

En dehors des villes pépinières, les enseignants et scientifiques peuvent s’impliquer en formant des partenariats locaux pour rejoindre Pollen. Ils peuvent aussi contribuer aux ressources en lignew9, accessibles gratuitement.

Voici maintenant deux activités développées par des enseignants et étudiants impliqués dans les projets La main à la pâte et Pollen. Beaucoup d’autres activités détaillées sont disponibles sur le site de La main à la pâtew1 et de Pollenw9.

Comment allumer le nez de l’ours ?

1. Ampoule de verre, 2. Gaz interte,
3. Filament de tungstène, 4. Fil de
contact (allant au plot), 5. Fil de
contact (allant au culot), 6. Fils
de support, 7. Support de verre,
8. Contact du culot, 9. Culot,
10. Isolation, 11. Contact du plot

Image du domaine public; source de
l’image : Wikimedia Commons

Cette activité, discutée par Pascale et Guillermo, est une unité d’enseignement de six séances présentant la notion d’interrupteur électrique à des enfants de 3 à 6 answ11. Elle peut donner des idées pour enseigner l’électricité aux enfants. Ce sujet est souvent mis de côté à l’école primaire car les enseignants estiment difficile de trouver comment l’aborder en classe.

Dans la prochaine section, vous trouverez les connaissances requises pour travailler sur cette unité. Les sections ultérieures se concentreront sur l’activité en elle-même. Des informations complémentaires élaborées par La main à la pâte pour l’enseignement de l’électricité à l’école primaire peuvent être téléchargées depuis le site de Science in Schoolw12.

Connaissances de base pour l’enseignant et la classe

L’essentiel est de savoir ce qu’est un circuit électrique simple. C’est une série continue d’objets conducteurs, par exemple une pile, des fils électriques et une ampoule. Tous ces objets doivent être mis en contact les uns avec les autres, l’un après l’autre, afin de former une boucle fermée : un circuit ininterrompu. On ne peut bien sûr pas voir ce qu’il y a dans la pile, et il est dangereux de la démonter car elle contient souvent des produits chimiques nocifs ; mais une pile est construite de façon à assurer la continuité du circuit, permettant à l’électricité de s’écouler. Si le circuit est coupé en un point, la pile ne peut plus assurer le flux d’électricité.

Afin de voir que le circuit forme bien une boucle, la classe peut commencer par examiner une ampoule sans douille et dont le verre a été brisé. Ils peuvent voir qu’elle contient deux points de contact différents (le contact du plot et celui du culot, voir image), et ils peuvent alors tracer le chemin suivi par l’électricité de l’un à l’autre des contacts, en passant par le filament.

Malheureusement, à l’école primaire, il n’est pas possible de visualiser expérimentalement dans quel sens s’écoule l’électricité : pour cela il faudrait voir les minuscules électrons. Le plus important est alors de voir que l’électricité ne peut s’écouler que si le circuit contient une pile et qu’il forme une boucle fermée. Comment peut-on savoir que l’électricité s’écoule dans un circuit? À l’école primaire, un bon moyen est de voir si une ampoule placée dans ce circuit s’allume ou non.

Si l’électricité s’écoule à travers le circuit, le courant électrique passe à travers le filament ; du fait de la résistance électrique de ce filament, il devient très chaud et se met à émettre de la lumière et de la chaleur. Le filament se trouve toujours dans une enceinte de verre contenant du vide ou un gaz inerter (gaz rare), afin de l’empêcher de réagir avec l’oxygène de l’air (c’est à dire de brûler).

Pour introduire l’interrupteur, l’essentiel est que les élèves comprennent que c’est un élément mobile du circuit électrique: selon sa position, il peut soit assurer, soit interrompre le flux d’électricité. Une fois ce concept établi, tout objet remplissant cette fonction peut tenir lieu d’interrupteur, y compris une installation formée d’un trombonne et deux goupilles (voir images ci-dessus et à gauche), ou, pour les enfants plus petits, une pince crocodile (voir image ci-dessus) avec laquelle ils peuvent ouvrir et fermer le petit circuit électrique qu’ils ont fabriqué.

Pinces crocodiles (à gauche) et
goupille (à droite)

Image reproduite avec l’aimable
autorisation de Jobalou / iStockphoto
et Jean Jannon / Pixelio
Un interrupteur formé d’un
trombone et de deux goupilles

Image reproduite avec l’aimable
autorisation de Nicola Graf

 

 

 

 

Matériel

  • Ampoule fixée sur une base
  • Fils électriques
  • Pile
  • Lampe de poche
  • Tête d’ours en papier mâché à décorer, avec une ampoule à la place du nez (ou autre installation amusante)
  • Matériel pour décorer la tête (couleurs, etc.)

Les fournitures électriques peuvent être achetées dans une quincaillerie, si elles ne sont pas encore disponibles è l’école.

Démarche

Chaque étape prend environ 45 minutes. Ce qui suit donne un résumé de l’unité d’enseignement. Les élèves doivent étudier d’abord un objet familier comme une lampe de poche, afin de partir de l’usage d’une pile dans la vie de tous les jours. Après cela, ils peuvent travailler de façon plus formelle avec une pile et une ampoule comme modèle de cet objet.

Étape Nº 1

  • Allumez la lampe de poche.
  • Discutez avec les élèves : quels sont les éléments nécessaires pour allumer la lampe de poche ? Réponse : une pile, un interrupteur et une ampoule.

Étape Nº 2

Image reproduite avec l’aimable
autorisation de Nicola Graf
  • Discutez avec les élèves : comment l’ampoule peut-elle être allumée ou éteinte en dehors de la lampe de poche ?
  • Retirez l’ampoule de la torche.
  • Allumez l’ampoule juste avec la pile.
  • Demandez aux enfants de dessiner l’installation et de l’expérimenter.
  • Discutez avec les élèves : qu’est-ce qui émet de la lumière dans l’ampoule ?
    Réponse : le filament.

Étape Nº 3

  • Discutez avec les élèves : comment peut-on connecter l’ampoule quand la pile se trouve plus loin?
  • La réponse implique la connexion de chaque borne de la pile à l’un des contacts de l’ampoule en ajoutant deux fils électriques, qui peuvent être fixés par exemple à l’aide de pinces crocodiles (voir image ci-dessus).

Étape Nº 4

  • Montrez aux élèves l’ours en papier mâché avec son ampoule à la place du nez.
  • Dites aux élèves d’imaginer le circuit qu’il faudrait installer pour allumer le nez de l’ours, et demandez-leur de le dessiner en partant de zéro.

Étape Nº 5

  • Rassemblez les élèves et sélectionnez plusieurs dessins de circuits électriques.
  • Discutez avec les élèves : quels changements faudrait-il faire pour que ces circuits fonctionnent ? Pour aider les élèves à proposer ces changements, l’enseignant peut comparer les différents schémas et la classe peut choisir des schémas à reproduire expérimentalement jusqu’à trouver la bonne solution.

Étape Nº 6

  • Décorez l’ours.

Étape Nº 7

  • Assemblez le circuit électrique dans la tête de l’ours, et utilisez l’interrupteur pour allumer le nez de l’ours!

Des courses de sabliers

Voici quelques activités tirées de l’une des unités d’enseignement Pollen. Destinée à des enfants de 3 à 6 ans, cette unité concerne deux notions essentielles en physique : le temps et la vitesse (pour une notion de ‘temps’ plus complexe, voir Al-Khalili, 2009). Elle permet aux enfants de se familiariser avec des idées telles que ‘plus rapide’, ‘plus lent’ et ‘en même temps’. Elle met l’accent sur la démarche d’investigation, basée sur l’expérience et la discussion. Les enfants y sont amenés étudier, utiliser, constuire et comparer des sabliers. Ils apprennent aussi à faire la relation entre le volume de sable (ou de semoule) dans le sablier et le temps d’écoulement. L’unité complète est disponible sur le site de Pollenw13.

I – Préparer les sabliers (pour l’enseignant)

Matériel par sablier

  • Deux bouteilles en plastique, l’une avec un bouchon et l’autre sans
  • Semoule (elle s’écoule plus régulièrement que le sable)
  • Poinçon ou autre objet pointu
  • Ruban adhésif

Démarche

  1. Percez un trou dans le bouchon à l’aide du poinçon. Assurez-vous que le trou est à peu près de la même taille pour tous les sabliers que vous fabriquez.
  2. Prenez une bouteille et remplissez-la de farine (il vous faudra différents niveaux de semoule dans différents sabliers : voir partie II).
  3. Fermez la bouteille avec le bouchon percé.
  4. Retournez l’autre bouteille et attachez les deux bouteilles par le goulot, avec du ruban adhésif, pour former le sablier.

Remarque: pour certains exercices, les élèves doivent remplir eux-mêmes les sabliers et coller les deux bouteilles (voir parties III et IV).

II – Comparer le temps d’écoulement de trois sabliers (20 minutes)

Matériel pour chaque groupe de quatre élèves

Trois sabliers fabriqués, remplis avec trois niveaux de semoule différents, chacun marqué par une couleur : rouge pour le moins rempli, bleu pour le cas intermédiaire, noir pour le plus rempli.

Démarche

  1. Divisez la classe en groupes de quatre élèves.
  2. Trois des élèves ont un sablier chacun, et le quatrième prend des notes.
  3. Dites aux élèves de retourner les sabliers et de les classer suivant le temps auquel ils finissent de se vider.
  4. Recommencez l’expérience trois fois, en changeant le rôle des élèves.

Tableau 1 : Exemple de résultats obtenus par un groupe de quatre enfants. Colonne 1 : le sablier qui se vide en premier. Colonne 2 : le sablier qui se vide en deuxième. Colonne 3 : le sablier qui se vide en troisième. La couleur du X représente la couleur marquée sur le sablier correspondant.

 
3rd
x x x
x x x
x x x
  1. Discussion : pourquoi le sablier contenant le moins de semoule (le rouge) ne finit-il pas toujours en premier?
  2. Conclusion : les trois sabliers doivent être retournés en même temps.
  3. Décidez d’utiliser toujours la même méthode pour comparer les sabliers :
    • Un élève ‘preneur de mesures’, sans sablier, compte jusqu’à trois.
    • À trois, les autres élèves du groupe retournent les sabliers.
    • Quand un sablier a fini de se vider, l’élève qui l’a retourné lève la main et annonce la couleur de son sablier, par exemple : “rouge !”
    • Le preneur de mesures note l’ordre dans lequel les sabliers se vident.
  4. Refaites l’expérience trois ou quatre fois.
  5. L’ordre d’arrivée est-il maintenant toujours le même ? Pourquoi / pourquoi pas ?

III – Comment peut-on régler le temps que met un sablier à se vider ? (20 minutes)

Matériel pour chaque enfant

  • 3 sabliers vides marqués en rouge, bleu e noir
  • Semoule
  • Feuille pour noter l’ordre d’arrivée

Démarche

  1. Divisez la classe en petits groupes.
  2. Distribuez les instructions indiquant aux élèves dans quel ordre les sabliers doivent finir de se vider (par exemple, rouge, puis bleu, puis noir).
  3. Demandez aux élèves de remplir les trois sabliers de façon à répondre aux instructions.
  4. Contrôlez et notez les résultats.
  5. Les élèves doivent apprendre que plus le sablier contient de semoule, plus il met de temps à se vider.

IV – Prédire dans quel ordre les sabliers vont finir de se vider (20 minutes)

Matériel pour chaque enfant

  • 3 sabliers fabriqués vides, marqués de différentes couleurs
  • Semoule
  • Entonnoir (il peut être fait d’une feuille de papier enroulée)
  • Petit pot
  • Instructions pour le remplissage (par exemple, 1 pot de semoule pour le sablier rouge, 2 pour le noir et 3 pour le bleu).
  • Fiche de travail avec des tableaux pour les résultats (voir ci-dessous)

Table 2: Example of filling level instructions for three sand timers. O = one jar of semolina

 
OO > X OOO > X O > X

Démarche

  1. Divisez la classe en petits groupes.
  2. Dites aux élèves de remplir les sabliers en suivant les instructions.
  3. Demandez aux élèves : dans quel ordre les sabliers finiront-ils de se vider ? Notez vos prédictions sur la fiche de travail (voir ci-dessous).
  4. Réalisez l’expérience
  5. Écrivez les résultats obtenus (voir l’exemple ci-dessous).
  6. Comparez les résultats obtenus aux résultats attendus.

 

Tableau 3 : Exemple de fiche de travail pour noter les résultats attendus et les résultats obtenus

Groupe : Chloé, Marion et Maureen

Remplissez tous les sabliers correctement et rangez-les du plus rapide au plus lent.

Les résultats que j’attends

1st 2nd 3rd
x x x
0 00 000

Les résultats obtenus

1st 2nd 3rd
x x x

V – Classez trois sabliers en les comparant deux par deux (15 minutes)

Matériel pour chaque enfant

  • 3 sabliers contenant des volumes de semoule presque identiques
  • Un tableau de résultats (voir ci-dessous)

Démarche

  1. Dites aux élèves : vous avez trois sabliers. Vous avez le droit d’en retourner deux à la fois. Classez-les du plus rapide au plus lent !
  2. Conclusion:
    Si le sablier noir se vide plus vite que le rouge, et si le bleu se vide plus vite que le noir, alors le bleu se vide plus vite que le rouge.

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References

Web References

  • w1 – Pour en savoir plus sur La main à la pâte, voir : www.lamap.fr
  • w2 – Site miroir allemand de  La main à la pâte : www.sonnentaler.net/info
  • w3 – Version espagnole de La main à la pâte www.indagala.org
  • w4 – Pour en savoir plus sur La main à la pâte en serbe : http://rukautestu.vin.bg.ac.yu
  • w5 – Site arabe de La main à la pâte : http://lamap.bibalex.org
  • w6 – Version chinoise de La main à la pâte : http://lamap.handsbrain.com
  • w7 –Le portail Internet Teaching Science est un projet commun à l’ICSU (International Council for Science) et à l’IAP (Inter-Academy Panel for international affairs), en collaboration avec La main à la pâte. Il comporte des liens vers d’autre projets partenaires. Ce portail se trouve ici : www.icsu.org/1_icsuinscience/CAPA_TeachSci_1.html
  • w8 – Pour plus d’informations sur le programme ASTEP (accompagnement en sciences et technologie à l’école primaire), voir : www.astep.fr
  • w9 – Pour plus d’informations sur Pollen, ainsi que beaucoup d’autres unités d’enseignement, voir le site du projet Pollen: www.pollen-europa.net
  • w10 – Vous trouverez un guide et des ressources pédagogiques pour les scientifiques et les enseignants sur : www.astep.fr ou www.pollen-europa.net
  • w11 – La description détaillée de l’activité ‘Le nez de l’ours – Réaliser un montage qui permette d’allumer une ampoule’ se trouve sur le site de La main à la pâte (www.lamap.fr) ou ici : http://tinyurl.com/lenezdelours
  • w12 – D’autres informations sur l’enseignement de l’électricité à l’école primaire peuvent être téléchargées ici.
  • w13 – L’unité d’enseignement sur le sablier est disponible en anglais sur le site de Pollen (www.pollen-europa.net) ou ici : http://tinyurl.com/hourglassrace

Author(s)

David Jasmin, titulaire d’un doctorat de physique, travaille dans l’éducation aux sciences et la divulgation scientifique depuis 1995. Il participe à La main à la pâte en tant qu’ingénieur de recherche depuis 1997, et il dirige ce programme depuis 2005. Par ailleurs, il est le coordinateur scientifique du projet Pollen. Il est aussi auteur et éditeur de différents livres sur l’enseignement des sciences à l’école primaire.

Samuel Lellouch est élève ingénieur de deuxième année à l’École Polytechnique de Saint-Étienne, l’une des grandes écoles françaises les plus prestigieuses. En 2007/2008, il a passé six mois à accompagner des enseignants d’école primaire dans une banlieu défavorisée de Paris.


Review

Mis à part les inspecteurs, les visiteurs extérieurs sont les bienvenus dans les cours de science à l’école. Ils apportent non seulement une nouvelle tête, mais aussi un autre genre d’expertise. Les étudiants en science ont de grandes chances d’établir un bon contact avec les élèves du primaire, déjà parce-qu’ils ne sont pas leur instituteur officiel. La présence d’étudiants peut aussi être une antidote efficace au cliché de la “grosse tête”, à une période où se forme l’attitude envers la science en général et les scientifiques en particulier. La visite d’un étudiant en science est aussi bienvenue pour le professeur, qui, à l’école primaire, n’a probablement pas lui-même de formation scientifique. Le visiteur permettra probablement aux expériences de fonctionner, et il a de meilleures chances de faire face de façon adéquate aux questions délicates que les élèves poseront certainement!

De nombreuses organisations impliquent volontiers les élèves du primaire dans des activités d’initiation à la science. Cet article vous encouragera peut-être à prendre contact de façon à recevoir, vous aussi, des visiteurs dans vos classes, à travers des initiatives comme le projet Pollen au niveau européen, ou un équivalent à l’échelle nationale (par exemple, ‘Researchers in Residence’ ou ‘Student Associates’ au Royaume Uni).

Cet article détaille deux activités basées sur la manipulation et la démarche d’investigation, adaptées pour des cours de sciences à l’école primaire. L’une aborde l’électricité, un sujet qui n’est pas souvent traité en travaux pratiques à l’école ; le second concerne la réalisation de tests et l’usage d’une bonne méthode expérimentale. L’activité du sablier fait bon usage d’un appareil simple, construit à la main, qui permet de poser des questions variées et de tester des prédictions. Ces deux activités conviennent très bien pour des discussions de ‘comment et pourquoi’ avec les élèves du primaire. Elles ont été testées avec l’aide d’étudiants en science présents en classe, et le succès de leur réalisation devrait encourager les enseignants à essayer la démarche d’investigation – avec ou sans l’aide d’un visiteur.


Ian Francis, Royaume Uni




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CC-BY-NC-SA