Les archéologues du futur

A partir d'observations et de réflexions, découvrir la structure et la fonction d'un objet mystérieux  

 

A partir du cycle 3

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Par   Elena Pasquinelli, Katia Allégraud, Anne Bernard-Delorme, Claire Calmet, Gabrielle Zimmermann - Fondation La main à la pâte   Mis en oeuvre dans la classe de Delphine Creff, CM1, Ecole Elémentaire Alésia, Paris.


Introduction

Il arrive que les scientifiques mettent en évidence une structure (une mâchoire animale en paléontologie, une molécule en biologie, un silex taillé en archéologie) : la description de cette structure les amène à s’interroger sur la fonction de cet objet.

Les ingénieurs utilisent cette procédure pour remonter à la fonction originale des objets, pour les reproduire, les améliorer, pour mieux les comprendre, à de fins d’innovation. Il s’agit du parcours inverse de celui de l’ingénierie qui exploite la connaissance des mécanismes pour concevoir et fabriquer un objet technique nouveau.

L’activité proposée met les élèves au défi de découvrir la fonction et la modalité de fonctionnement d'un objet mystérieux.

L’idée est de les transporter en 401..., lorsque des fouilles archéologiques mettent au jour des artefacts anciens - datant d'au moins 2000 ans -  dont l'origine, le rôle joué dans la société qui les a produits et l'utilisation sont inconnus. 

L’activité mobilise les capacités d'observation et de réflexion (inférence, test d'hypothèses) des enfants.

Les enfants pourront s’inspirer de cette activité pour regarder, d’un œil nouveau, les objets qui les entourent et se poser des questions sur les « mécanismes cachés » derrière leur apparence, ainsi que sur la manière d’inventer de nouveaux objets. 

Un objet peut aussi être détourné de son utilisation originelle, sa structure peut répondre à plusieurs fonctions. Ceci permet de réfléchir à la notion de design et de fonction dans le cadre des artefacts humains.

          


Comment mettre en place l'activité ?

En pratique

Objectifs

  • Développer chez les élèves une meilleure approche et une meilleure compréhension de la démarche scientifique et de concepts scientifiques, notamment ici en relation avec
    • l'observation rigoureuse d'un objet, le questionnement que cette observation suscite;
    • l’inférence (à partir de données d’observation, émettre des hypothèses concernant la fonction et les mécanismes de fonctionnement d’un objet, tester ses idées).
  • Faire réfléchir à la relation entre forme (apparence externe), structure (externe et interne) d’un objet, mécanisme ou ses mécanismes de fonctionnement (comment les différentes pièces de l’objet sont assemblées et permettent d’accomplir une certaine tâche), fonctions (ce pourquoi l’objet est utilisé, ce qu’il permet de faire, les problèmes qu’il permet de résoudre).
  • Exercer les élèves à appuyer leurs interprétations sur des données d’observation et sur leurs connaissances préalables, les faire réfléchir à l’articulation entre les deux, à formuler des hypothèses et à réfléchir à comment elles s’articulent avec de nouvelles données et les connaissances préalables.
  • Faire réfléchir à la notion de design et à celle de détournement d’un objet pour des fonctions imprévues, à celle de hasard, à celle d’adaptation.
  • Développer les capacités d’argumentation raisonnée et fondée sur les faits observés.
  • Favoriser l’esprit de coopération autour d’un but commun de connaissance.

Durée

  • 1h30 environ sur 1 ou 2 séances.
  • A n’importe quel moment de l’année, lorsque l’enseignant pense utile d’introduire une réflexion explicite, verbalisée, autour  de la notion de fonction et de structure (par exemple, avant de réaliser des activités sur le corps humain, le squelette, les organes ; ou avant de réaliser des activités en biologie, notamment autour de l’évolution de la structure des organismes vivants).

Matériel

  • On utilise pour cette activité des images d’objets « retrouvés » (Fiches Le musée des objets retrouvés 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, Fiches pour l'enseignant).
    • Nous suggérons certains objets, l’enseignant peut avoir d’autres idées et disposer d'objets différents de ceux suggérés mais se prêtant bien à l'activité.
    • Il importe qu’il y ait des objets qu’aucun enfant ne connait. Un choix large devrait garantir qu’au moins un objet soit inconnu de tous les enfants.

Le rôle de l'enseignant

Il est maintenant connu que l’enfant d’âge scolaire possède des capacités naturelles d’exploration et de raisonnement, mais qu’elles sont limitées et mises à mal par des situations compliquées ; elles sont de plus très variables d’un enfant à l’autre et d’une situation à une autre. Par ailleurs, les connaissances des enfants concernant la science professionnelle, par exemple, la manière dont les scientifiques et ingénieurs conçoivent leurs expériences, inventent et réalisent de nouveaux objets, sont le plus souvent très limitées. L’enseignant permet à ces compétences et à ces connaissances de progresser. Sa position est, à la fois, d’accompagner et de soutenir mais aussi, de corriger, de guider, de faire réfléchir, de faire exprimer par oral et par écrit.

  • L’enseignant guide la démarche, anime et guide la discussion, commente les observations et les interprétations des uns et des autres:
    • Notamment, il leur donne des indications sur ce que cela veut dire d'observer, leur permet de prendre conscience qu’un regard rapide ne leur apporte rien, alors qu’une observation longue et une description détaillée peut être fructueuse. Il suggère d’observer la forme de chercher à imaginer la structure interne, les mécanismes de  fonctionnement qui lui permettraient d’accomplir une fonction, de les distinguer des détails, du décor. 
    • Il discute avec les élèves des avantages de dessiner, représenter l’objet. Ceci comporte une observation attentive et peut être utile pour mieux se rendre compte de la structure de l’objet, des parties qui le composent.
    • Il note les concepts qui émergent et les met en relation avec la science et ses procédés.
    • Il invite à ne pas s’arrêter sur l’objet en question, à considérer que les mêmes procédés utilisés en classe s’appliquent à tous les objets qui entourent l’enfant, que les procédés de la science ont donc une signification et un rôle à jouer dans la vie de tous les jours.
  • L’enseignant facilite le travail en groupe:
    • ll passe entre les groupes, s’arrête auprès de chacun pour s’assurer que tous les enfants participent à la discussion ; éventuellement, il  désigne dans chaque groupe un enfant chargé d’écrire la description, un enfant chargé du dessin, un enfant chargé de rapporter les résultats de la discussion à la classe entière, un enfant chargé du matériel. 

Déroulement

 

Phase 1 

10'-15'

  • L'enseignant présente l'activité.
    • Au préalable, il peut introduire le mot "archéologue" et demander aux enfants quelle est sa signification, s'ils le connaissent, et éventuellement de chercher le mot dans un dictionnaire.
    • Pour que l'activité prenne l'allure d'un jeu de rôle, l'enseignant annonce: "Aujourd'hui, on va jouer aux archéologues du futur. On va d’abord voir des images d’un ensemble d’objets qui se trouvent dans un musée spécial."
    • L'enseignant montre aux enfants le catalogue du Musée des objets retrouvés (Fiches) et leur demande s'ils en connaissent.  "De ces objets, on ne pourra en étudier qu'un, il faudra donc choisir le plus mystérieux de tous." Les images du Musée des objets sont affichées au tableau. Une fois que les élèves, par groupes, se sont approchés du tableau et ont pris le temps d’observer les images, l’enseignant demande de voter pour l’objet le plus mystérieux. L’objet est donc choisi démocratiquement à la majorité.
      • Puisque l'objet doit être amené en classe, l'enseignant peut décider de choisir l'objet qui sera étudié par les élèves, notamment un objet disponible.   
      • L'enseignant peut ensuite demander ce qu'ils pensent des objets qu'ils n'ont pas choisis: de quoi s'agit-il?

Scénario

Nous sommes en 401....

Nos ancêtres, comme nous, ont produit des objets, des artefacts, des ustensiles, des décorations, des objets d’art, des écrits, des enregistrements visuels et sonores. Hélas, beaucoup d’entre eux ont été perdus : nous ne pouvons compter que sur peu d’objets pour reconstruire le passé, comprendre ce qu' était leur vie. Les fouilles archéologiques ont mis au jour un certain nombre d’objets  « mystérieux », dont on ne sait encore expliquer l’origine, la fonction, le fonctionnement.

Les enfants vont être des archéologues du futur : ils chercheront à reconstruire le passé à partir des objets retrouvés.  Notamment, ils ont été chargés d’étudier un objet pour chercher à comprendre comment leurs ancêtres l’utilisaient et dans quel but.

  

 

 

Phase 2

10'-15'

  • L’enseignant divise les élèves en groupes et distribue à chaque groupe une image de l’objet choisi : il s’agit de bien décrire l’objet, de le dessiner, de manière à en identifier les parties composantes, le matériel, mais pas encore la fonction ou le mécanisme de fonctionnement. Les dessins seront légendés.
  • Au préalable, l’enseignant discute la démarche à suivre pour observer et décrire un objet, les questions à se poser:
    • Quelle est la taille de l’objet ? Son poids ?
    • Sa matière ou ses matières ?
    • Combien de parties ? Comment sont-elles réparties, enchainées ?
    • Y a-t-il des parties mobiles ?
    • Est-ce un contenant ? Peut-il y avoir du contenu à l’intérieur ?
  • Les informations sont contenues dans les fiches. 

    

    

Phase 3

10'-15'

  • Les descriptions et les considérations sont partagées avec le reste de la classe. Les dessins sont exposés au tableau et un représentant pour chaque groupe commente et décrit l’objet, ses parties.
    • Dans la discussion qui s'en suit, l’enseignant peut revenir sur la démarche d’observation et de description de l’objet, sur ce qu'apporte le dessin.
  • L'enseignant invite les enfants à réfléchir, à partir de leurs observations, au fonctionnement et à la fonction de l'objet retrouvé:
    • Comment l’objet retrouvé fonctionne-t-il ?
    • A quoi l’objet retrouvé pouvait-il servir ?
  • L'enseignant guide la discussion autour des différentes propositions, et fait réfléchir à comment en observant la forme, la structure d’un objet, on peut en tirer des considérations sur son fonctionnement et sur ses fonctions. 
  • Il demande aux élèves d'imaginer comment on pourrait tester les différentes propositions, de noter le matériel nécessaire, et propose de poursuivre l'activité un peu plus tard : il empruntera l'objet mystérieux au Musée des objets retrouvés et les enfants amèneront le matériel nécessaire pour tester les hypothèses émises. Par exemple:

    §  L’objet servait de machine à coudre ("On amènera du fil et du tissu.")

    §  L’objet servait de loupe pour regarder des petits objets ("On amènera des objets microscopiques.")

    §  L’objet servait de casse-noix ("On amènera des noix, noisettes ...")

    §  L’objet servait de machine pour faire des trous dans des coquillages et les enfiler en collier ("On amènera des coquillages, du fil.")

    §  L’objet servait pour faire des trous dans des objets durs, du bois ("On amènera des objets en bois.")

    §  L’objet servait de couteau, pour les légumes ("On amènera des courgettes, des carottes.")

    §  L’objet était un instrument de dentiste, pour regarder les dents, les caries ("On servira de cobayes.")

Phase 4

30'

    

  • Chaque groupe choisit une hypothèse à tester concernant l’objet et sa fonction.
  • L’objet est révélé.
  • Les élèves mènent leurs tests: à tour de rôle, chaque groupe se rapproche de l’objet, sur l’estrade, et observe comment il répond quand il est utilisé selon l’hypothèse émise par le groupe.
  • On demande aux élèves du groupe, et puis à ceux qui observent, de commenter si l’hypothèse est convaincante, si oui, pourquoi, si non, pourquoi. Par exemple, dans le cas de l'objet mystérieux choisi:
    • Certaines hypothèses sont rapidement rejetées : ce n’'est pas possible de placer une noix dans l'objet; on se coupe si on cherche à tenir l’objet pour faire des trous… D’autres hypothèses résistent plus : on ne peut pas savoir si l’objet avait plusieurs usages, d’ailleurs… Mais aucune des hypothèses n’apparaît optimale tant qu’on ne teste pas l’objet choisi par la classe, comme un couteau pour couper des légumes... Les enfants s’aperçoivent que les choses ne se passent pas comme pour les autres hypothèses : l’objet est bien calibré (sa structure, dimension, robustesse s'adaptent bien à la tâche) pour couper des légumes et y faire des trous. Pourtant, les enfants utilisent l'objet mystérieux comme ils le feraient avec un couteau normal et ne comprennent pas le rôle des différentes parties de l’objet.
    • Ce n’est que grâce aux questions concernant les parties "inexpliquées" de l'objet, et à l'encouragement de l'enseignant, que les enfants ont l’idée de planter une partie de l’objet dans le légume et de le faire tourner : tous s’aperçoivent en même temps que l’hypothèse la plus plausible est celle d’un couteau pour couper en spirale : cette description permet d’expliquer les différentes parties de l’objet, la vis en particulier, le couteau, suffisamment coupant pour des légumes, mais pas pour du bois, par exemple, la tige, qui s’enfonce bien dans les légumes. Et puis, voir les spirales de courgette permet de s’expliquer pourquoi ce couteau diffère d’un couteau normal pour couper en rondelle, pourquoi il a été construit avec ces spécificités. 
    • Les enfants demandent tous à manger des courgettes !

 

Phase 5

30'

  • L'enseignant commente avec les élèves de quelle manière cette activité est en lien avec l'activité des scientifiques. Il fait référence à l'archéologie, mais aussi à la biologie évolutionniste, à l'ingénierie. 
  • L'enseignant invite les élèves à réfléchir à l'utilité, face à des objets et à des situations qu'on ne comprend pas, de mener des observations, d'imaginer des explications qui s'accordent avec l'observation, et éventuellement de tester ses hypothèses. Elle fait remarquer que cette démarche, bien que typique de la science, ne s'y limite pas. Elle peut être mise en place, certes de façon moins développée et approfondie, dans la vie de tous les jours, pourvu qu'on en comprenne la signification et les principes.

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Remarques 

  • L’enseignant pourra construire son propre scénario, enrichir celui proposé, le personnaliser avec des éléments ultérieurs.
  • L’activité se déroule à la fois en petits groupes et en grand groupe, chacun devrait donc être capable d’y participer selon ses capacités. Le fait que la phase d’écriture et de dessin se passe en petits groupes permet de distribuer les différentes tâches de manière à ne pas mettre en difficulté les enfants qui présenteraient des troubles de la lecture, écriture, motricité fine.

 


Pour aller plus loin

  

  • Travailler autour de livres
    • David Macaulay. La civilisation perdue. Naissance d’une archéologie. L’école des loisirs, 1981
    • David Macaulay. Comment ça marche. Larousse, 1991

  • Appliquer la démarche à des objets technologiques et à des instruments scientifiques. Par exemple, aider le CERN à identifier ses "objets du passé". Ayant numérisé ses archives d’images, une équipe du CERN de Genève a trouvé plusieurs images sans titre, sans échelle de taille, sans aucune indication sur l’objet photographié. De quel instrument, ou partie d’instrument, s’agissait-il ? Comment était-il employé, quel était son fonctionnement ? Le CERN a fait appel à tous ceux qui pourraient les aider à identifier ces objets et leur fonction.

Qu'est-ce qu'on apprend sur la nature de la science pour cultiver l'esprit critique?

La structure d’un objet façonné par l’homme - d’un artefact -, sa forme, structure, la matière qui le compose, constituent des indices quant à ses fonctions et à ses usages. 

  • En archéologie, les chercheurs se trouvent face à des artefacts fabriqués par des hommes et femmes du passé. Comment nos ancêtres les ont-ils utilisés et dans quel but ? Comment les manipulaient-ils ? Pourquoi cette forme particulière et pas une autre ? Observations et inférences sont deux aspects d’un processus d’interprétation qui est mis en marche chaque fois que nous nous intéressons à ce qui se passe autour de nous. On observe quelque chose, on le décrit ; on fait des inférences, on l’interprète.
  • Passer d’une forme à une structure, puis à une fonction est aussi une démarche fréquemment utilisée par les paléontologues et les biologistes qui s’intéressent à l’évolution. Les organismes vivants peuvent être étudiés à partir de leur forme et structure ; d’ici, on peut s’interroger sur les fonctions des parties analysées.
  • En ingénierie, on peut utiliser ce processus, dit rétroingénierie ou ingénierie inverse, pour remonter d’un produit aux mécanismes de son fonctionnement, aux processus de sa fabrication. La rétroingénierie permet de mieux comprendre le fonctionnement d’un certain objet, de s’en inspirer pour en créer un nouvel artefact qui s’en inspire.

 


Partenaires du projet

Fondation La main à la pâte CASDEN