Mémoire professionnel 2005

La démarche scientifique de séparation des variables au cycle 3
Mémoire de Gaëlle DOUCET, dirigé par Marie-Anne PIERRARD, IUFM d’Orléans-Tours, site de Blois.

À l’école élémentaire et plus particulièrement au cycle 3, les enfants peuvent être confrontés à des systèmes (sablier, pendule…), où plusieurs variables peuvent coexister. Comment amener les enfants à séparer des variables dans une démarche scientifique ? Quelles peuvent être les difficultés pour l’enseignant et pour les enfants en abordant une telle démarche ? Quels dispositifs permettent de pallier ces difficultés ? Ce travail propose et analyse des dispositifs pédagogiques pour aider les élèves à évaluer leurs acquis méthodologiques.

Avis d’un formateur : «Avec beaucoup de sérieux et d’enthousiasme, Gaëlle Doucet s’est intéressée à la construction de compétences méthodologiques relatives au repérage et à la séparation de variables. Elle a choisi des supports expérimentaux faisant intervenir des variables indépendantes. Elle a proposé un dispositif pédagogique où sont posés successivement aux élèves un problème d’efficacité technique (comment augmenter ou diminuer la durée de sabliers), pour la résolution duquel ils peuvent être amenés à modifier simultanément plusieurs facteurs, et qui devrait leur permettre de mieux s’approprier ces facteurs, puis un problème scientifique (à quoi sont dus les changements de durée) qui conduit les élèves à séparer les variables. Pour répondre à la problématique de son mémoire, elle s’est interrogée et a testé des procédures d’évaluation de ces compétences méthodologiques.» Marie-Anne Pierrard, PIUFM de sciences physiques

Quelques éléments pour comprendre ce qu’est la démarche scientifique de séparation des variables

Extrait du mémoire :

Mise en œuvre

- Description de la classe

La mise en place de ma problématique s’est faite dans la classe de CM1-CM2, comprenant vingt-huit élèves, de Chaumont-sur-Loire chez M. LASSEUR. La présence d’une collègue dans la même classe pour mettre en place sa problématique en allemand avec les CM1, nous a obligé à penser un dispositif. Nous avons décidé ensemble de travailler en séparant la classe en deux groupes : les CM1 d’un côté avec douze enfants et les CM2 de l’autre avec seize enfants et en intervertissant les groupes au moment de la récréation.
Ce dispositif nous a permis un confort certain : pour ma collègue qui a pu travailler de manière agréable en langue, et pour moi-même car la mise en place de ma problématique nécessitait du matériel certes aisé à récolter mais relativement volumineux.

- La progression suivie

Afin de mettre en place ma problématique et aborder la démarche scientifique à séparation de variables, j’ai décidé de proposer aux enfants deux instruments permettant de mesurer le temps et plus particulièrement une durée : le sablier et le pendule.
La construction du sablier permettra aux enfants de découvrir cette méthode et la construction du pendule leur permettra de réinvestir cette méthodologie, de plus ceci constituera une évaluation pour l’enseignant.
Les enfants travailleront en binômes qui seront conservés durant les neuf séances pour me permettre de les évaluer au mieux.

- L’expérience concernant le sablier.
La première partie de la mise en œuvre a porté sur le repérage et la séparation de variables concernant la construction d’un sablier. Le tableau, ci-dessous, explique brièvement le contenu des séances. Le contenu des séances est détaillé dans les fiches de préparation jointes en annexes.

SÉANCES

COMPÉTENCES VISÉES

CONTENU DES SÉANCES

Séance 1

générales en sciences et
technologie :

- découvrir un sablier;
- envisager comment on peut le construire;
- construire un sablier.
transversales;
- rédiger une fiche de fabrication.
- présentation d’un sablier;
- élaboration d’une fiche technique;
- construction des sabliers.

 

Séance 2

générales en sciences et technologie :
- découvrir un sablier;
- envisager comment on peut le construire;
- construire un sablier.
- fin de la construction des sabliers et de leurs ajustements;
- élaboration de la liste des problèmes de fabrication (a10, 665ko), problèmes gênant les enfants.

Séance 3

- essayer de trouver les facteurs entrant en jeu dans la mesure du temps du sablier. - tableau montrant les différences de temps d’écoulement entre les binômes;
- évaluation individuelle (a11): liste des facteurs pouvant intervenir;
- mise en commun (a11) : hypothèses sur les facteurs.

Séance 4

- comprendre que pour tester un facteur dans une expérience où il y en a plusieurs, il faut maintenir les autres constants. - comment faire pour que les sabliers rapides deviennent plus lents en utilisant les facteurs ? Et inversement ? (but: voir si certains séparent déjà les facteurs);
- vérification de la première hypothèse : la quantité de matière fait varier le temps
(expérience du binôme);
- mise en commun: problème entre ceux ayant touché plusieurs variables et ceux ayant touché une seule variable;
la conclusion doit venir en fin de séance : on ne peut pas savoir si le temps a augmenté à cause de la quantité de matière puisque vous avez aussi changé de matière;
- trace écrite élaborée collectivement.

Séance 5

- comprendre que pour tester un facteur dans une expérience où il y en a plusieurs, il faut maintenir les autres constants. - test sur la différence de matériau, la forme de la bouteille ou la grosseur du trou : les enfants choisissent le test qu’ils veulent effectuer;
- mise en commun;
- trace écrite (a12).

Séance 6

- dégager les parties importantes d’une fiche de fabrication;
- réécrire personnellement sa fiche de fabrication;
- s’évaluer selon la grille obtenue.
- les brouillons des fiches de fabrication sont tous différents;
- à partir de textes experts de fiche de fabrication, émergence de critères importants pour la rédaction de celle-ci;
- réécriture personnelle de sa fiche.

- L’expérience concernant le pendule
La deuxième partie a consisté en une évaluation en réinvestissant les compétences méthodologiques acquises par la première expérience dans une seconde expérience portant sur le pendule. Le tableau, ci- dessous, explique brièvement le contenu des séances. Le contenu des séances est détaillé dans les fiches de préparation jointes en annexes.

SÉANCES

COMPÉTENCES VISÉES

CONTENU DES SÉANCES

Séance 7

- découvrir un nouvel objet de mesure du temps: le pendule;
- fabriquer cet objet à partir du matériel fourni et des indices d’un texte;
- répondre par l’expérience à une hypothèse formulée dans un texte et pouvoir conclure.
- point de départ: découverte de l’objet par un document: texte de Galilée;
- questions de compréhension;
- découverte de l’hypothèse du texte: un pendule lâché sous deux angles différents possède la même période d’oscillation;
- consigne: vérifier cette hypothèse en faisant une expérience;
- construction des pendules et expérience;
- mise en commun concernant la validité de l’hypothèse.

Séance 8

- repérer les variables possibles d’un système;
- réinvestir une méthodologie déjà utilisée.
- mesure de la durée de cinq allers et retours;
- tableau montrant les différences des temps d’oscillation des binômes;
- évaluation individuelle sur la liste des facteurs pouvant intervenir (a14, 1.2mo) et évaluation grâce à un tableau (a16 et a16b);
- mise en commun sur la liste des facteurs (a14, 1.2mo).

Séance 9

- séparer les facteurs dans une expérience pour les tester un à un;
- réinvestir dans un autre système, une méthodologie déjà rencontrée;
- savoir interpréter des résultats.
Évaluation grâce à un tableau (a17 et a17b)
- test sur la forme de la boule : les enfants doivent modifier en plusieurs fois leur forme (forme carrée, ronde, rectangulaire, plate) puis voir l’influence sur le temps;
mise en commun;
trace écrite (a15);
- test sur la masse:
je leur demande comment faire pour ne pas changer la forme mais changer le poids (leur proposer de glisser des objets à l’intérieur);
expérience;
mise en commun;
trace écrite (a15);
- test sur la longueur du fil:
expérience;
mise en commun;
trace écrite (a15).

 

Télecharger l'intégralité du mémoire (PDF, 125 Ko) et ses annexes (PDF : 2.7 Mo)