Les outils mis à disposition pour enseigner les sciences

Enseigner la nutrition au cycle 3

Enseigner un concept scientifique

Les représentations spatiales

Lors de l’élaboration d’un enseignement en sciences, il est important dans un premier temps de définir le concept choisi. Les concepts ne peuvent pas, un à un, isolés, constituer un système explicatif du monde qui nous entoure. Un concept s’articule autour d’un réseau de relations avec d’autres concepts. Les instructions officielles des années 1980 étant très succintes, les didactitiens ont décidé de trouver des méthodes afin d’analyser au mieux la matière à enseigner.
Ces méthodes mettent en avant une représentation spatiale des connaissances reliées entre elles. Parmi ces représentations, on peut citer les cartes et les trames conceptuelles.

Les cartes conceptuelles

La méthode du Concept Mapping a été créée par Novak en 1972 et mise au point dans les année 1990 pour son utilisation en didactique. La carte conceptuelle est une représentation des concepts et des liens qui les unissent.
La création de cette méthode s’inscrit dans le mouvement du behaviorisme. Ce mouvement a donné naissance à la pédagogie par objectifs. Cette pédagogie porte sur un découpage des connaissances en unités enseignables.
Sa formation se fait par étapes. Dans un premier temps, il faut isoler et choisir les concepts pertinents. Ainsi en aval, la carte prend source dans la textualisation du savoir. Le texte est découpé en unités acquérant le statut d’étiquettes. Ensuite une étape de hiérachisation est nécéssaire, où un repérage des catégories les plus générales est fait. Enfin une mise en relation est effectuée. Chaque étiquette est mise en relation avec d’autres. La dernière étape consiste à la construction d’une figure sur une page, d’une vue d’ensemble. Cf.annexe 1. Carte conceptuelle de la carte conceptuelle

Les trames conceptuelles.

Elles furent proposées par l’INRP et formalisées par Astolphi. Une trame conceptuelle est une série d’énoncés formulés sous forme de phrases indépendantes à la lecture (énoncés complets). De plus, ces énoncés sont reliés à des problèmes scientifiques auxquels ils constituent une réponse (énoncés opératoires).Une hiérachisation est effectuée entre ceux-ci, qui vise en premier à décrire les implication logiques entre leur contenu.
Prenons la définition A.Giordan (1987) « Ces trames ont pour fonction d’analyser la matière enseignée en mettant en relations internes et externes chacun des concepts ; les relations internes sont celles qui lient les notions constitutives de concepts à elles-mêmes, les relations externes celles qui lient un concept àceux qui lui sont limitrophes.  »
Le but de la trame est de « Clarifier la matière à enseigner, prévoir de façon raisonnée une progression pédagogique, concevoir des moments de structuration » J.-P. Astolfi (1989). En d’autres termes, la trame va permettre de donner une définition précise et complète du concept, mais aussi les relations avec d’autres concepts. A partir de cette trame une progression pédagogique peut ensuite être prévue. Cf. annexe 2: Trame conceptuelle de la digestion.

Les limites

Les représentations spatiales aident dans de nombreux cas à visualiser les concepts. Mais elles ont aussi leurs limites, leurs critiques. En effet, la sélection des éléments et l’établissement des liens (l’organisation) peuvent poser problème. Le découpage des connaissances et des définitions n’ont pas nécessairement la même signification selon les communautés (enseignants, chercheurs, élèves).
De plus, la construction n’est pas toujours respectée. Il n’existe pas de normalisation des liens entre les étiquettes ou énoncés. De ce fait sa lisibilité n’est pas toujours cohérente. Le lien unissant deux notions peut être mal interprété.

La construction du savoir scientifique par l’apprenant

Apprendre, comprendre sont des besoins issus de la nature même de l’homme. Dès le plus jeune âge l’enfant pose des questions sur son monde, « pourquoi? », « comment? ». Les réponses qu’il peut rencontrer vont lui donner une sensation de pouvoir, de maîtrise sur ce monde. Cette curiosité est le point de départ vers la construction d’une démarche scientifique.
Cette démarche scientifique, c’est à dire être en situation de recherche, va permettre d’acquérir des savoirs. Mais le savoir scientifique n’est pas un empilement de connaissances. C’est une mise en réseau par l’apprenant de celles-ci.
Pour reprendre Henry Poincaré : « Une collection de faits n’est pas plus une science qu’un tas de briques n’est une maison ». Pour résoudre des problémes l’apprennant doit apprendre à mobiliser ses connaissances.
Ainsi l’apprenant lors de l’acquisition de connaissance a besoin d’être acteur mais aussi auteur de son apprentissage. Pour cela beaucoup d’auteurs donnent préférence à des situations-problèmes où l’élève entre dans une activité de recherche, remettant en cause sa conception. Les élèves vont se poser des questions, émettre des hypothèses, c’est à dire expérimenter.

Les conceptions

Les conceptions, tout le monde en possède. Elles correspondent aux idées, souvent pré-conçues, des apprenants. Lors de l’enseignement d’un concept scientifique, il est intéressant de prendre en compte celles des élèves. En effet cela va permettre d’analyser lesraisons de leurs erreurs ou même de voir où ils en sont dans leur apprentissage  » Les conceptions nous renvoient le véritable niveau des élèves » De Vecchi.G-Giordan.A (2002).
Mais attention les conceptions sont, comme nous venons de le dire, une idée que se fait l’élève du concept. Pour le faire entrer dans l’apprentissage il ne faudra donc pas les « détruire » parce qu’elles sont fausses mais s’en appuyer pour les faire évoluer  » faire avec pour aller contre » De Vecchi.G Giordan.A (2002).
Il paraît donc indispensable de les prendre en compte mais tout en se penchant sur les plus intéressantes. En effet prende en compte toutes les représentations demanderait trop de temps.
Des études en didactique ont montré qu’il était possible d’anticiper pour l’enseignant ces conceptions. Ainsi l’enseignant peut tout de même dresser une éventuelle trace à suivre pour sa séquence, une stratégie prévisonnelle ou encore différentes entrées possibles.
Les élèves ne sont pas les seuls à avoir des conceptions. En effet l’enseignant en a aussi. Il utilise des modèles, parfois simples, pour expliquer une réalité. Eux-mêmes peuvent avoir un représentation erronée. Si le problème n’est pas pris en compte, il peut être à l’origine de sa transmision inconsciente aux élèves.
On peut de ce fait inclure les auteurs de manuels. En effet les manuels sont le reflet d’une représentation de l’auteur.

La nutrition en cycle 3 de l’école primaire

La nutrition comprend cinq fonctions : l’alimentation, la digestion, la respiration, la circulation sanguine et l’excrétion. Au cycle 3 de l’école primaire trois de ces fonctions sont étudiées, à savoir la digestion, la respiration, la circulation sanguine.
Pour la respiration, notons qu’au cycle 3 les élèves verrons dans ce terme la notion de respiration externe. L’aspect de respiration cellulaire (interne) n’étant pas à leur programme, nous considérerons, pour toute la suite de ce mémoire, le même aspect qu’eux, à savoir la respiration externe.
Ces chapitres font partis du programme de sciences expérimentales, pour lesquelles des compétences spécifiques sont à acquérir.

Liens entre ces fonctions

Ces trois fonctions ne sont pas regroupées sous le même terme de nutrition au hasard. En effet elles ont des liens entre elles. Prenons pour exemple la définition donnée dans A la découverte du corps humain Cycle3 Tome I deF.Grumiaux (2002) : « La digestion, a pour but de transformer les aliments avalés en substances plus simples, appelées nutriments, capables de passer dans la circulation sanguine(absorption) et d’étre utilisées par les organes(assimilation) ». Dans cette définition on voit apparaître le lien entre la digestion et la circulation. En effet les nutriments issus de la digestion vont passé dans le sang dans le but d’être utilisés par les organes pour fournir de l’énergie. Or cette production d’énergie les élèves apprenent qu’elle est effectuée aussi en présence de l’oxygéne. Pour les élèves l’oxygène vient de la respiration. Donc encore un lien à établir.
En fonction des connaissances à acquérir lors de leur enseignement, on pourrait établir une représentation spatiale des notions en relation. Celle-ci vous est présentée sur la page suivante. En observant celle-ci, il évident qu’il existe une multitude de liens.

Les outils mis à disposition pour enseigner les sciences

L’enseignant lors de l’élaboration de sa séquence, doit chercher les différentes notions à enseigner. Mais il doit aussi effectuer une recherche sur les outils à utiliser.
Différents outils sont mis à disposition pour l’enseignement des sciences. Ceux-ci ont tous un point commun, ils doivent permettre à l’élève de réfléchir à une situation problème, vérifier une hypothèse, répondre à une question. Par contre selon l’élève, la classe, le niveau mais aussi le sujet traité leur impact peut être différent.
-La manipulation : Elle permet à l’élève d’être acteur de son apprentissage qui devient de ce fait plus ludique. La manipulation peut servir à l’expérimentation, la vérification, une concrétisation pour l’élève d’une théorie orale. Exemple pour la respiration: La dissection d’un poumon de porc.
-L’étude de documents : Elle favorise alors l’envie de recherche de l’élève.
L’organisation de la classe peut être différente (travail de groupe/individuel, documents communs ou différents…). Elle favorise l’échange entre pairs, l’expression de son point de vue, l’argumentation. Les documents doivent être choisis afin de permettre à l’élève de répondre à une question. Leurs choix ne se font donc pas sans un travail au préalable.

Exemple pour la digestion : Document analysant l’expérience Spallanzani

-La vidéo: Elle rend-compte d’une vision, une modélisation de ce que « l’on ne voit pas » (obstacle majeur dans l’apprentissage des fonctions bilogiques humaines). Mais celleci ne peut constituer à elle seule un moyen d’acquisition de connaissances. Elle doit être accompagnée d’explications.
-Les manuels : De nombreux manuels sur les sciences existent et de différents types. On peut différencier d’une part les manuels pour élèves et ceux pour enseignants.
Dans les manuels pour élèves une grande majorité propose une séquence basée sur des activités de recherches dans le but de mettre en évidence une théorie. On peut citer en exemple le manuel Odysséo Sciences récemment édité. Celui-ci présente les différents sujets sous forme d’enquête. L’élève est confronté à une situation-problème. C’est en résolvant celle-ci (généralement par étude de documents ou manipulations) que l’élève va construire son savoir. Le manuel est composé d’un guide pour le maître qui lui permet d’accompagner l’élève dans la recherche.
Pour les enseignants, on peut citer les éditions Hertz. Elles proposent des séquences complètes de la découverte à l’évaluation.
Mais comme il a été dit précédemment, les manuels sont le reflet d’une représentation que se fait l’auteur sur le concept. Ainsi si sa vision est erronée, le manuel risque de le refléter.

Problématique

Enseigner la nutrition au cycle 3 de l’école primaire correspond à l’enseignement d’ un concept scientifique. Pour faciliter l’enseignement d’un concept scientifique mais aussi sa compréhension, il est possible de réaliser des représentations spatiales comme les cartes ou les trames conceptuelles. Celles-ci ont pour but une meilleure visualisation des relations qui peuvent exister entre des concepts. Mettre en relation des connaissances est justement une construction du savoir par un apprennant. Au cycle 3 de l’école primaire les élèves vont étudié les fonctions de digestion, respiration, et circulation sanguine. En effectuant une mise en réseaux des notions à étudier avec les élèves pour celles-ci, il est possible d’observer les liens les reliant. Selon le BO 2008, des connaissances sur chaque concept sont à acquérir, mais il n’est pas précisé de les faire en continuité ou même en les mettant en relations les unes des autres. De nombreux enseignants les étudient avec les élèves d’un point de vue « isolé ».
Or, comment comprendre le but d’une fonction si celui-ci dépend d’autres concepts?
Autrement dit comment dire qu’un élève à compris le rôle de la respiration par exemple si l’apport en oxyène n’a pas été relié à son transport dans notre organisme? Y-a-t-il un intérêt à enseigner ces fonctions sans montrer les intéractions entre-elles? Ainsi l’enseignement de ces fonctions ne devrait-il pas être fait de manière relationnelle?
Nous avons vu que des représentations spatiales permettent une meilleure visualisation, une meilleure compréhension d’un concept et des liens l’unissant à un autre.
L’enseignant ne devrait-il pas s’en servir dans un premier temps pour créer sa progression? Mais aussi pourquoi ne pas utiliser une représentation spatiale avec les élèves pour les aider dans la compréhension? Cette vision de liens entre les notions ne permettrait-elle pas aux élèves de mieux comprendre le rôle, le but de chacun. Les élèves ne pourraient-ils pas en créer une eux-même? N’oublions pas qu’une des compétences à acquérir pour les élèves est la mobilisation des connaissances.

Séquence sur la circulation sanguine

La séquence sur la circulation sanguine s’est déroulée sur deux séances. L’une fut consacrée au sang. La seconde au rôle du coeur et à la vision globale de la circulation. Une séance de transition a precédé ces séances.

Séance de transition

Cette séance s’est déroulé deux mois après la séquence sur la respiration. La séance a démarré par le recueil de nouvelles conceptions sur la respiration. Lors du premier recueil, aucun élève n’avait fait référence au terme d’oxygène. Cette fois-ci quatre élèves ont annoté leur dessin avec ce terme. Ce chiffre, paraît certes faible, mais n’oublions pas que deux mois se sont écoulés entre la leçon et le recueil. Par contre, il est intéressant de remarquer que quatre élèves ont indiqué la diffusion de l’oxygène dans l’organisme. Un autre a évoqué une diffusion de l’air dans l’organisme. Des quatre élèves parlant de la diffusion de l’oxygène, deux indiquent le passage dans le sang. Et de ceux-ci un élève indique de plus un apport pour les muscles. Ces chiffres peuvent vous paraître faibles mais leur simple présence montre une évolution des conceptions de la respiration pour quelques élèves concernant tout du moins la notion de l’apport d’oxygène à l’organisme. Les autres représentations montraient aussi une évolution. En effet pour la plupart, les représentations ont évolué sur la composition de l’appareil respiratoire.
Dans un deuxième temps de cette séance, les élèves ont confronté les représentations, notamment celles avec la présence de l’oxygène. Ainsi un rappel a été fait sur le chapitre précédent. Nous avons rappelé le dernier constat fait sur le passage de l’oxygène dans le sang pour être amené aux organes. De plus lors de la dissection des poumons nous avions eu la chance d’avoir en plus des poumons, le coeur associé. Ainsi pendant la dissection nous avions observé le « tuyau les reliant ». A partir de ce rappel, des questions ont émergé de la part des élèves comme pour la respiration. Qu’est ce que le sang? Où circule t-il? Comment circule t-il? Quel est le rôle du coeur? Le sang circule t-il dedans, si oui comment?

La séance de synthèse

Afin de compléter la notion de liens entre les concepts, une séance à été consacrée à l’élaboration d’une « représentation spatiale » indiquant les relations entre les fonctions. Cette séance avait pour objectif de permettre aux élèves une meilleure compréhension des fonctions de nutrition. Mais elle leur permit aussi de plus d’apprendre à mobiliser leurs connaissances.

Création des schémas

La première phase a commencé par un temps de recherche au préalable d’un travail de groupe afin de mettre tous les élèves en activité. J’ai annoncé une première consigne: »Nous avons vu ensemble la respiration, et la circulations sanguine. Nous avons vu leur fonctionnement et leur but.Je vous ai aussi pendant ces deux chapitres parlé de la digestion qui nous permettaient d’apporter des nutriments. Maintenant à l’aide de votre cahier vous allez construire un schéma qui me permette de comprendre ces fonctions en les reliant entre elles. » « Quels sont les liens qui les réunissent ». « Pour cela regarder par exemple, le but, ce qu’elles nous apportent, pourquoi?… ». Après cette consigne, plusieurs élèves m’ont demandé « il faut expliquer comment ça se passe? ». J’ai répondu « il ne faut pas faire un texte, mais un dessin, avec des mots, des flèches qui nous permettent de comprendre. Pour cela trouver les mots importants ». (Les élèves dans leur trace écrite avaient souligner des mots importants à retenir, par exemple oxygène, trachée…)
Les élèves se sont mis au travail. En passant dans les rangs je me suis aperçue que les 3/4 essayaient de réaliser un schéma du corps humain. Je leur ai dit que passer par le schéma du corps humain risquait de leur compliquer la tâche.
J ‘ai pris alors la décision de changer l’exercice. J’ai ecrit au tableau des étiquettes avec des mots clefs concernant les notions et je leur ai demandé de les remettre dans un ordre afin de les faire correspondre. Là l’exercice a été mieux compris. Voici les mots « étiquettes »:
Circulation; Respiration; Digestion; Poumons; Intestin; Sang; Nutriments; Coeur; Oxygène; Muscles Organes; Energie.
Cette adaptation a permis de mieux comprendre le travail demandé. Les élèves ont cherché un petit temps en individuel. Puis je les ai répartis en groupes de 4/5. Le travail de groupe consistait à se mettre en accord sur un schéma à réaliser sur une affiche.
Le travail de groupe pour ces élèves étaient une façon inhabituelle de travailler pour eux.
En effet cette classe fait partie d’un établissement classée zone sensible. Les élèves sont assez agités. Ainsi leur professeur n’effectue presque pas de travail en groupe. Les élèves se dissipent trop à ces moments.
Cette attitude je le l’ai ressentie. Plusieurs rappel à l’ordre ont du être faits pour le volume sonore. Pour certains groupes il était difficile de se mettre en accord, de s’écouter. Pendant la réalisation des affiches, je passais dans les groupes.
Ces affiches ont été réalisées avec mon aide. Pour la plupart des groupes c’était la présentation qui posait problème. En effet lorsque je passais les élèves me demandaient comment montrer un lien. Ils arrivaient à m’expliquer les notions à relier, mais n’arrivaient pas à le faire apparaître sur le schéma. Pour beaucoup j’ai du donner des exemples, notamment des flèches, des traits, leur permettant de relier des points.

Impact sur les évaluations

Les évaluations pour les deux fonctions (respiration et circulation) ont été réalisées le même jour, à la suite, pour un nombres de 16 élèves. Deux compétences étaient notées. La première concernait la connaissance d’un vocabulaire associé. La seconde correspondait à la connaissance du fonctionnement. Les questions étaient réparties en fonction de la conaissance à évaluer. Un barême sur dix points pour chaque connaissance a été établi.

Impact sur l’évaluation globale

Les élèves n’obtiennent pas une note mais un résultat sur leurs connaissances. Celui-ci correspond tout de même avec le barême sur dix. La correspondance est celle du professeur de cette classe.

Conclusion

L’enseignement de la nutrition au cycle 3 de l’école primaire est avant tout l’enseignement d’un concept scientifique. En effet elle comporte l’apprentissage de trois fonctions: la digestion, la respiration, la circulation sanguine. Ces fonctions en les analysant de manière conceptuelle, montrent une multitude de liens entre-elles. Une représentation spatiale de la nutrition au cycle 3, avec notamment les notions à faire acquérir, fait apparaître ses liens. Les séquences réalisées à l’aide de cette représentation m’ont permis de trouver un sens à ma progression, une cohérence dans l’enchaînement des séances. De plus la mise en évidence de ces liens au sein des séances, mais aussi par la construction d’une représentation avec les élèves a permis pour un certains nombre d’entreeux une meilleure compréhension des fonctions elles-mêmes, de leur finalité.
Le nouveau BO 2012 oriente les enseignants dans cette démarche de relation. En effet ce nouveau BO demande un enseignement des trois fonctions au sein du même niveau (CM1). De plus il est stipulé de faire acquérir une connaissance sur la complémentarité entre les trois fonctions et leur nécessité au bon fonctionnment de l’organisme. Par contre, la représentation spatiale doit être élaborée avec les élèves de manière réfléchie afin de ne pas non plus induire les élèves en erreur.

Table des matières
Introduction
Remerciements
I/ Enseigner la nutrition au cycle 3
A/ Enseigner un concept scientifique
1) Les représentations spatiales
2) La construction du savoir scientifique par l’apprenant
3) Les conceptions .
B/ La nutrition en cycle 3 de l’école primaire
1) Les instructions selon le BO 2008
2) Liens entre ces fonctions
3) Les outils mis à disposition pour enseigner les sciences
Problématique
II/Mise en place de séquences didactiques
A/ Séquence sur la respiration.
1) Séance 1. Le recueil des conceptions. Le questionnement
2) Séance 2. Le mouvement respiratoire
3) Séance 3. Le trajet de l’air. Les échanges gazeux
B/ Séquence sur la circulation
1) Séance de transition
2) Séance 1. Le sang. Les vaisseaux sanguins
3) Séance 2. Le coeur. Le circuit
C/ La séance de synthèse
1) Création des schémas
2) Les représentations spatiales obtenues
III/ Impact sur les évaluations
A/ Impact sur l’évaluation globale
B/ Impact sur la compréhension du rôle de la fonction
1)Rôle de la respiration
2)Rôle de la circulation sanguine
Conclusion
Bibliographie
Annexes

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