1En France, dès 2000, le plan de rénovation de l’enseignement des sciences et de la technologie à l’école, qui se situe dans le renouvellement de l’enseignement des sciences engagé depuis les années 1990 au niveau international, se propose « d’assigner une dimension expérimentale à l’enseignement des sciences et de la technologie au primaire » (MEN, 2000). Il s’agit en particulier de formuler des interrogations sur un phénomène réel et proche que l’on a observé et d’envisager des réponses en conduisant « des investigations réfléchies, mettant en œuvre des démarches concrètes d’expérimentation, complétées le cas échéant par une recherche documentaire » (MEN, 2000). Depuis, les programmes d’enseignement s’inscrivent dans cette perspective. Les expérimentations menées doivent donc attribuer aux élèves une part de responsabilité et d’initiative, mobilisant leur inventivité mais également le contrôle de leurs choix. En effet, comme le souligne Coquidé (2000) en s’appuyant sur la théorie piagétienne, l’action est source de connaissance, mais l’action ne suffit pas ; elle doit s’appuyer sur une pensée formelle. Comment permettre aux élèves de mener des démarches expérimentales articulant créativité et contrôle ?
2Cette question a été abordée par le projet Développement de la culture scientifique et numérique, égalité des chances, mené dans le lieu d’éducation Côte-d’Or1 associant la direction des services départementaux de l’Éducation nationale et la ville de Dijon à l’Institut français de l’Éducation. Durant trois ans, des groupes d’enseignants, formateurs et chercheurs ont produit et expérimenté des séquences d’investigation scientifiques pour l’école primaire, dans le but de constituer des ressources pour l’enseignement et la formation. Ils se sont appuyés sur une méthodologie de type design based research (Design-Based Research Collective, 2003) reposant sur un travail collaboratif entre chercheurs et praticiens pour la construction et la mise en œuvre de situations dans des conditions ordinaires, de manière itérative, l’analyse des résultats d’une itération étant réinvestie dans la préparation de la suivante. Dans cet article, nous nous focalisons sur une séquence pour le CM2 concernant les besoins nutritifs des végétaux. La première itération nous a conduits à identifier certaines difficultés inhérentes aux démarches expérimentales, les deux itérations suivantes nous permettent de discuter les étayages à construire pour engager les élèves dans la conception de protocoles expérimentaux (Marzin-Janvier, 2013).
3La compréhension et l’explication des phénomènes du monde réel, qui sont les objectifs premiers des sciences, reposent sur la modélisation de ces phénomènes. Tiberghien (2000), insiste sur le fait que les activités d’apprentissage en sciences doivent permettre aux élèves de lier deux domaines de connaissance : le domaine des objets et des observables et le domaine des idées et des concepts. Martinand (1994), distingue le registre du référent empirique et celui du modèle qui a ses outils et ses exigences propres. Marzin-Janvier (2013) indique que des activités de conception de protocoles expérimentaux relient ces deux registres et contribuent à donner du sens aux activités pratiques menées en classe. Elle souligne cependant que la conception de protocoles expérimentaux présente des difficultés pour les élèves qui maîtrisent mal les modèles théoriques et les techniques mobilisés (Marzin-Janvier, 2013). Quels étayages peut-on proposer aux élèves afin qu’ils puissent conduire ce type d’activité ?
4Le protocole expérimental peut être défini comme une liste de tâches expérimentales organisées de façon temporelle et/ou logique, dont l’objectif est de déterminer des valeurs spécifiques en relation avec des hypothèses scientifiques qui sous-tendent l’expérience (Sanchez et al., 2010). Sa construction s’appuie sur le problème scientifique à résoudre et sur les hypothèses formulées, qui mettent en œuvre des modèles scientifiques ; elle doit également tenir compte des conditions matérielles dans lesquelles s’inscrit l’expérience et du niveau de détail requis pour sa description (D’Ham, 2009). Il s’agit donc d’une tâche complexe qui nécessite un ensemble de connaissances théoriques, techniques et pratiques, ce qui selon Morgan et Brooks (2012) correspond à une lourde charge cognitive pour les élèves. D’Ham l’envisage comme une tâche de design (ou tâche de conception) dont la complexité relève de l’aspect créatif et du fait que « l’objet produit par la tâche de design n’est pas l’objet final mais une représentation de l’objet final » qui « ne fournit pas de rétroaction immédiate au concepteur » (D’Ham, 2009, p. 1).
5Nous questionnons les étayages qui peuvent être proposés aux élèves engagés dans la conception d’un protocole. Un étayage est défini par Bruner (1983), comme la façon dont l’adulte organise le monde de l’enfant pour assurer son apprentissage en réduisant la complexité de la tâche. Nous utilisons la catégorisation des fonctions des étayages proposée par Bange, Carol et Griggs (2005) et utilisée par Marzin-Janvier (2013) pour l’analyse des situations de conception de protocole. Cette catégorisation reconnaît trois grandes fonctions de l’étayage pour l’apprentissage : l’incitation et la motivation, l’aide à la réalisation de la tâche, et le feed-back pour évaluer, pour valider. Pour construire cet étayage, l’analyse a priori des différentes connaissances en jeu dans la conception du protocole est nécessaire. Elle permet de discriminer les éléments qui sont en lien direct avec les objectifs d’apprentissage et dont la responsabilité peut être dévolue à l’élève, de ceux moins centraux qui peuvent être pris en charge par l’enseignant (Sanchez et al., 2010 ; Marzin-Janvier, 2013).
6Les critères de pertinence, d’exécutabilité et de communicabilité définis par Girault et al. (2012) pour l’évaluation des protocoles expérimentaux (tableau 1) peuvent être mobilisés pour conduire l’analyse a priori d’un protocole et construire des étayages. Ils peuvent aussi être utilisés par les élèves durant la conception de protocoles, pour évaluer leurs productions. Nous les définissons plus précisément au paragraphe 2, et les utilisons pour notre étude de cas.
Tableau 1 : critères d’évaluation des protocoles expérimentaux (d’après Girault et al., 2010)
| A. Pertinence : la fonction de l’expérimentation |
• Pertinence externe : cohérence entre les hypothèses et le choix des grandeurs mesurées • Pertinence interne : stratégie de mesure (choix des méthodes et matériels) • Qualité de l’acquisition des données : justesse et fidélité |
| B. Exécutabilité : l’expérimentation dans les conditions du laboratoire |
• Adéquation entre échantillons et domaine de validité des méthodes et matériels de mesure • Observation des contraintes matérielles (disponibilité, coût, faisabilité, contrôle des risques) • Observation des contraintes temporelles |
| C. Communicabilité : la description de l’expérimentation (le lecteur cible doit être précisé) |
• Structure : organisation temporelle ou logique des actions du protocole/facilité de lecture • Complétude : niveau de détail adapté à l’exécution par le lecteur cible |
7Dans cet article, nous nous focalisons sur la conception de protocoles expérimentaux par les élèves de CM2 au sein d’une séquence répondant au problème « Par où l’eau entre-t-elle dans la plante ? » Ce problème permet d’amener les élèves à concevoir des protocoles de mesure, avec une approche codisciplinaire qui donne du sens aux différents savoirs mobilisés : savoirs scientifiques concernant les besoins nutritifs des végétaux, savoirs méthodologiques concernant les démarches expérimentales et savoirs mathématiques concernant les mesures et le traitement de données (Aldon, Monod-Ansaldi & Prieur, 2014).
8Durant la première année du projet (1re itération, 2011-2012), la séquence a été proposée par la formatrice et l’enseignante impliquées, en interaction avec les chercheurs. Les protocoles produits par les élèves ont été étudiés et la séance de conclusion a été analysée pour proposer des modifications. Durant la deuxième itération (2012-2013), qui ne sera pas décrite ici, certains éléments techniques ont été pris en charge par l’enseignante et un travail a été réalisé avec les élèves concernant la récolte des données. La ressource2 concernant cette séquence, publiée en ligne fin 2013, tient compte des deux premières itérations. Elle a été utilisée lors de la troisième itération (2013-2014) pour mener un travail plus approfondi sur l’étayage de la conception de protocoles expérimentaux par les élèves, en explorant notamment l’usage de tablettes tactiles dans cette activité.
9Nous présentons ci-après une analyse a priori des protocoles expérimentaux mobilisables pour évaluer l’absorption d’eau par les racines, selon les critères proposés par Girault et al. (2012). Les différentes caractéristiques identifiées constituent notre grille d’analyse des productions recueillies lors de la première itération pour mettre en évidence des difficultés rencontrées par les élèves (partie 3) et des étayages de la conception de protocoles expérimentaux conçus lors de la troisième itération (partie 4).
10La pertinence externe concerne la cohérence entre les hypothèses et le choix des grandeurs mesurées. Une grandeur peut être définie comme une caractéristique physique, chimique ou biologique qui peut être mesurée ou repérée3. Dans le cas étudié, les hypothèses construites par la classe sont « la plante absorbe l’eau par les racines », mais aussi parfois « l’eau entre dans la plante par les feuilles ». Il s’agit donc d’identifier une grandeur permettant d’évaluer l’absorption d’eau par les racines (ou les feuilles). Cette grandeur peut être le volume d’eau absorbé par la plante, le flux d’eau lié au déplacement de l’eau des racines aux feuilles ou la variation dans le temps de la teneur en eau de la terre (taux volumétrique ou pondéral). Compte tenu de leurs connaissances sur les besoins vitaux des végétaux, les élèves peuvent également se focaliser sur la croissance du végétal qui nous apparaît comme un indicateur indirect de l’absorption d’eau conduisant à une faible pertinence externe.
11La pertinence interne s’intéresse à la stratégie proposée pour mesurer effectivement l’absorption d’eau par la plante. Les méthodes dépendent de la grandeur choisie et des connaissances des élèves qui déterminent une plus ou moins forte cohérence interne. Le suivi de la teneur en eau de la terre nécessiterait la pesée d’échantillons de terre en l’état et séchés par évaporation, et un calcul de rapport. L’évaluation de l’assèchement de la terre ne peut donc être réalisée par les élèves de CM que de façon qualitative, à partir de leurs perceptions, en la regardant et la touchant. Le flux d’eau dans les racines peut simplement être visualisé en suivant la position du front d’un colorant. Le suivi du volume d’eau absorbé peut se faire de façon plus ou moins précise : repérage relatif du niveau d’eau dans le réservoir où la plante est placée, mesure effective de la variation du niveau à l’aide d’une règle graduée en mm, ou mesure du volume d’eau absorbé dans un contenant gradué en ml ou par l’usage d’une éprouvette. Le choix d’une stratégie comparative test/témoin utilisant une plante avec ou sans racine (avec ou sans feuille), ou des plantes dont différentes parties sont seules au contact de l’eau (racines, feuilles, etc.), est également nécessaire pour conclure sur le rôle des différents organes dans l’absorption.
12Le critère de pertinence de l’expérimentation inclut également la qualité de l’acquisition des données. Si le volume d’eau absorbé par la plante a été choisi, la prise en compte de l’évaporation (en l’évitant par un bouchon, ou en la mesurant par comparaison avec un témoin sans plante) est nécessaire pour assurer la justesse des résultats, c’est-à-dire l’obtention de résultats aussi proches que possible de la valeur réelle. La précision de la mesure du niveau d’eau en se plaçant toujours de la même façon bien en face, en utilisant un stylo fin, contribuera à la qualité de l’acquisition des données. L’utilisation de plantes comparables d’un essai à l’autre, et avec un matériel homogène (mêmes tubes ou flacons pour les différents essais) permettra également d’améliorer la justesse des résultats et leur fidélité (le fait que, en répétant l’expérimentation, les valeurs obtenues sont dans un faible intervalle). Dans le cas de l’utilisation d’un colorant, celui-ci doit être neutre du point de vue métabolique, pour éviter de perturber l’absorption d’eau par la plante.
13La première dimension du critère d’exécutabilité est l’adéquation entre les échantillons utilisés et le domaine de validité des méthodes et matériels de mesure. Il s’agit d’utiliser des plantules qui ne sont pas trop sensibles à la manipulation, des tubes dont la transparence permet de repérer le niveau d’eau et dont la taille est adaptée à recevoir les plantules et à contenir suffisamment d’eau pour leur survie durant l’expérience. Les plantules choisies doivent également consommer suffisamment d’eau pour que la variation du niveau d’eau soit sensible. Dans le cas où la méthode de coloration a été retenue, le colorant choisi ne doit pas être toxique pour la plante.
14L’exécutabilité concerne aussi l’observation des contraintes matérielles (disponibilité, coût, contrôle des risques, faisabilité). Le matériel végétal choisi doit être abordable, disponible au moment de l’expérimentation. Comme le colorant, il doit être sans danger pour les élèves. La faisabilité concerne l’ordre logique des manipulations prévues. Le repérage du niveau d’eau initial dans les différents tubes, par exemple, est nécessaire pour évaluer sa variation. La faisabilité dépend également des capacités manipulatoires : l’obtention de coupes longitudinales de racine est trop délicate pour des élèves de CM. L’observation des contraintes temporelles implique que la durée de l’expérience soit suffisamment longue pour qu’une absorption d’eau ou une coloration du trajet de l’eau soit observable, et compatible avec le relevé efficace des données.
15La communicabilité concerne la description de l’expérimentation. Elle doit présenter une structure organisée des actions pour permettre leur réalisation et favoriser la lecture. Un format numérique et la présence de schémas rendent ce texte plus lisible et plus explicite. La description de l’expérimentation doit également avoir un niveau de détail adapté à l’exécution par le lecteur ciblé (sa complétude). Le destinataire du protocole devra donc être clairement identifié dans la situation de conception proposée.
16L’analyse a priori de la pertinence, l’exécutabilité et la communicabilité des protocoles expérimentaux réalisables à l’école primaire pour déterminer la localisation de l’absorption d’eau par une plante, fait apparaître plusieurs objectifs d’apprentissage potentiels : rôle d’un témoin, acquisition de mesure (repérage d’un niveau, mesure d’un volume, unité et instrument de mesure), modalités de recueil (schématisation, utilisation d’un tableau, représentation de différents niveaux au cours du temps) et de traitement des données (comparaison de niveau d’eau, calcul de variation, correspondance entre hauteur d’eau et volume), maîtrise de la langue (conjugaison, syntaxe, orthographe, ponctuation) et maîtrise d’un traitement de texte (règles de mise en forme, règles typographiques).
17La première année, une séquence de 8 séances a impliqué 22 élèves qui n’avaient encore jamais conçu de protocoles expérimentaux. Elle comportait un recueil des représentations initiales, deux séances d’élaboration d’un protocole par groupe, une séance de mise en œuvre des expériences, trois temps de relevés d’observation et de mesure et une séance d’exploitation des résultats. Cette séance s’achevait par un temps collectif au cours duquel les groupes présentaient leurs protocoles et leurs conclusions. Ce temps a été observé, filmé et transcrit par le chercheur. Les protocoles présentés ont été analysés selon les critères décrits précédemment. Les autres séances ont été observées par la formatrice.
18La formatrice se remémore ainsi la première séance : « Il y a eu un moment de vertige surtout parce que les élèves ne voyaient pas ce que pouvait être une expérience et de ce fait il a fallu échanger et apporter des éléments. En fait, ils ne parvenaient pas à imaginer et à s’organiser dans le groupe pour faire émerger quelque chose même à l’oral ». Les élèves semblent avoir éprouvé de grandes difficultés à s’engager dans la conception d’un protocole. Les protocoles qu’ils ont produits ont été mis en œuvre, en cela ils étaient exécutables par leurs auteurs. En particulier les tubes et bocaux transparents choisis permettaient de voir le niveau d’eau, et le repérage de ce niveau ou de la taille des plantes était prévu par les quatre groupes réalisant des mesures. Trois sur cinq montraient une organisation par étapes, tous présentaient des fautes d’orthographes ou de syntaxe, et aucun n’était suffisamment détaillé pour être réalisé par d’autres élèves. L’analyse des présentations réalisées par les élèves montre également que certaines difficultés, présentées ci-après, ont persisté jusqu’en fin de séquence.
19L’enseignante a centré le travail de conception de protocole sur l’hypothèse majoritairement proposée par les élèves qui concernait l’entrée de l’eau dans la plante par les racines. Lors du temps collectif final, deux groupes sur cinq présentent une expérience dont la pertinence externe est assez faible. En effet, la mort ou l’absence de croissance d’une plante sans racine ne démontrent pas directement que l’eau entre dans la plante par les racines (figure 1 et encadré 1). Il paraît donc difficile pour certains élèves d’identifier précisément la grandeur à apprécier pour éprouver l’hypothèse. Au moment de conclure, la cohérence entre la grandeur mesurée et l’hypothèse à tester semble cette fois totalement perdue (encadrés 1 et 2). Cela peut s’expliquer par le fait que l’hypothèse semble avoir été peu mobilisée au cours de la séquence et que son statut dans la classe ne soit pas très bien défini. Elle est en effet, selon les moments, une proposition que l’on souhaite éprouver (1. encadré 2) une question (3. encadré 2), ou une observation attendue (4. encadré 2).
Figure 1 : protocole produit par le groupe 4
Encadré 1: extrait de transcription permettant d’identifier la grandeur mesurée durant l’expérience (groupe 4)
1. E : Et donc on a fait un petit dessin des plantes sans racines avant qu’elles soient fanées. Elles mesuraient 5 cm, et après elles sont… fanées. […] 2. E : Et les plantes avec racines ont grandi deux fois. 3. E’ : C’est 10,8. 4. Prof : Ah elles ont doublé de taille ! Pas mal ! |
Encadré 2: extrait de transcription concernant l’hypothèse (groupe 3)
1. Prof : Est-ce que ça correspond ? Est-ce que ça répond à votre hypothèse ? Est-ce que ça …on peut valider l’hypothèse ? [Les deux élèves gardent le silence et bougent d’un pied sur l’autre] 2. Prof : c’est quoi votre hypothèse ? [Les élèves restent silencieux, R immobile et Mi bougeant d’une jambe sur l’autre] 3. Prof : Enfin votre question au départ, votre idée [Les élèves se regardent en silence] 4. Prof : Vous nous l’avez dit tout à l’heure. Votre hypothèse c’était de dire que là où il y avait la plante ça allait baisser plus vite que là où il y avait pas de plante. |
20Les protocoles des groupes 2 et 4, présentant une approche comparatiste avec un témoin sans racine, possèdent une pertinence interne (figure 1). La pertinence interne des protocoles des trois autres groupes est moindre. Le groupe 1 a mis en place des tubes contenant des plantules, avec ou sans bouchon. La comparaison de ces essais permet de mettre en évidence l’évaporation qui s’ajoute à l’absorption en absence de bouchon, mais n’apporte pas d’information sur l’action spécifique des racines. Même chose pour le groupe 3 qui a utilisé deux bocaux avec ou sans plante (figure 2). Le groupe 5 a réalisé des cultures de plantules dans la terre arrosée ou non, ce qui permet de constater leur besoin d’eau, mais ne cible pas directement les racines. On peut cependant penser que les élèves n’ont pas conçu ce témoin à cause d’un argument logique : comme seules les racines sont dans l’eau ou dans la terre, si la plante absorbe de l’eau, ce ne peut être que par elles. En effet, le groupe 1 précise sur son schéma « seules les racines sont dans l’eau », le groupe 5 indique en légende « J’arrose une seule plante sur les trois (sur les racines) », et seules les racines de la plante sont au contact de l’eau sur le schéma du groupe 3 (figure 2). Cependant, aucun de ces groupes n’utilise cet argument lors de la présentation des résultats. Envisager un témoin pertinent représente donc une difficulté pour une part des élèves. Cette difficulté peut être accentuée par la prise en compte du phénomène d’évaporation qui amène à considérer plusieurs facteurs.
Figure 2 : protocole produit par le groupe 3
Texte retranscrit pour une meilleur lisibilité (orthographe conservée): « Nous observons le niveaux d’eau dans chaque bocal en faisant de marque au marqueur ; ont peut faire des photos ; Nous pansons que le niveaux baissera plus avec le bocal avec la plante ».
21Une première difficulté liée à la qualité de l’acquisition des données concerne la réalisation de l’identité des conditions entre le test et le témoin. Si le groupe 5 a tenté d’utiliser des plantules de même taille (tableau 2), le groupe 1 s’aperçoit lors de la présentation que la quantité d’eau fournie aux différents essais n’était pas identique (tableau 2). Aucune autre allusion à cet aspect de justesse et de fidélité du protocole n’a été repérée durant les présentations.
Tableau 2 : les conditions identiques entre le test et le témoin
| Groupe |
Extrait de la transcription des échanges |
| 1 |
E : ben alors, euh, les 4 autres plantes qui n’ont pas été couvertes, euh, elles, pareil, elles n’ont pas eu la même quantité d’eau, |
| 5 |
E : La première étape, on a pensé prendre trois fleurs de la même longueur, […] prendre trois plantes de la même longueur et après on les a mis dans un … dans des bocaux. |
E : élève
22Une deuxième difficulté concerne la prise en compte de l’évaporation. Les deux groupes qui se sont focalisés sur la croissance de la plante n’ont pas eu à affronter ce problème. Parmi les trois autres, le groupe 3 anticipe que la diminution du niveau d’eau devrait être plus importante dans un bocal avec plante que dans un bocal sans plante (tableau 3 et figure 2). Pour les groupes 1 et 2, le recours au bouchon permettait de s’affranchir de l’évaporation, mais son rôle est mal compris par les élèves (tableau 2). Le papier d’aluminium est investi tantôt d’une fonction de protection, tantôt d’obstacle à l’évaporation, ou bien rendu responsable de la mort des plantes. Comprendre que l’évaporation va engendrer une baisse du niveau d’eau qui s’ajoute à l’absorption d’eau par la plante représente une difficulté conceptuelle. Il existe aussi une difficulté technique : il n’est pas aisé pour les élèves de proposer un bouchon qui ne blesse pas la plantule et soit efficace pour contrer l’évaporation. Les biologistes utilisent fréquemment de l’huile dans ce type de dispositif, mais cette solution technique est inconnue et difficilement compréhensible pour des élèves de CM.
Tableau 3 : prise en compte de l’évaporation
| Groupe |
Extrait de la transcription des échanges |
| 1 |
1. E : Donc là on a fait des plantes avec du papier aluminium, euh, qui protège la plante ; et à côté, on a fait sans aluminium, pour que l’air passe. […] 2. E : Après, là, on a dessiné, euh, les plantes, les quatre plantes, qu’avait le papier d’aluminium. On avait écrit que les plantes ont fané car elles ont été couvertes de papier aluminium et l’air, il a pas pu passer. […] 3. E : Là où il y avait le bouchon d’aluminium, et ben, euh, l’eau elle a pas pu ren…, euh l’air, elle n’a pas pu rentrer et l’eau n’a pas pu s’évaporer. |
| 2 |
E : On a pris aussi, euh, le papier aluminium et on l’a placé au bord du vase, pour que la plante ne coule pas |
| 3 |
1. E : Ben on a imaginé que… on a imaginé que… on a besoin que de deux bocal. 2. Prof : Deux bocaux. 3. E : Euh, une avec une plante, et une sans plante 4. E’ : Et pourquoi l’eau va diminuer dans le bocal sans plante ? 5. E : Il y a une évaporation, aussi. |
E, E’ : élève
23Enfin, l’acquisition des données mobilise des connaissances mathématiques qui peuvent engendrer des difficultés. Le groupe 2 utilise du papier millimétré mais énonce ses résultats en millilitres (tableau 4). Le groupe 3 indique des diminutions du niveau de l’eau en millimètres, et les groupes 4 et 5 énoncent des tailles, ou des croissances en centimètre. La mesure d’un volume, qui se ramène à une mesure de hauteur lorsque les contenants sont de section comparable, semble provoquer la confusion au niveau des unités dont le choix n’a pas été discuté durant la séance.
Tableau 4 : mesure du niveau d’eau, de l’absorption d’eau
| Groupe |
Extrait de la transcription |
| 1 |
1. Prof : Et par rapport à l’eau, la quantité d’eau absorbée, qu’est-ce que vous avez à nous dire ? 2. E : Et ben… [silence] 3. Prof : Vous les aidez, euh, les deux qui sont restés, euh sur le groupe. 4. E : Euh, elle a beaucoup baissé… 5. Prof : Elle a beaucoup baissé ? 6. E : Elle a diminué ! |
| 2 |
1. E : Nos conclusions, c’est que elles ont diminué, jusqu’à… Il y en a une qui a diminué jusqu’à 27 millilitres de moins, mais la plante est morte. […] 2. E : Les racines dans l’eau, les feuilles en l’air, eau 4 millilitres, 40 millilitres. Les racines, elle a diminué jusqu’à trente millilitres, elle est, elle est, elle est morte. |
| 3 |
E : Là où il y a la plante, eu ben ça a plus baissé que sans plante |
E : élève
24Il s’agit de réaliser la soustraction entre l’état final et l’état initial pour calculer une variation (volume d’eau absorbé, croissance de la plantule). Les élèves éprouvent alors des difficultés à différencier la donnée récoltée (le niveau d’eau), et la grandeur mesurée (le volume d’eau absorbé) : lorsque l’enseignante parle de la « quantité d’eau absorbée », les élèves répondent en terme de niveau d’eau (groupe 1, tableau 4). L’évolution inversée de ces deux variables (la quantité d’eau absorbée augmente quand le niveau d’eau diminue) ne facilite pas leur différenciation par les élèves et leur mise en mots dans la classe. La comparaison de l’absorption d’eau entre deux essais correspond à une étape supplémentaire et difficile du traitement des données : le calcul d’un différentiel de variation. Elle serait facilitée par l’obtention de valeurs précises pour chacune des diminutions du niveau de l’eau, mais ce n’est généralement pas le cas (groupe 3, tableau 4).
25Les difficultés observées chez les élèves au cours de la première itération concernent donc l’identification de l’hypothèse et de la grandeur à évaluer pour la tester, la conception d’un témoin, la prise en compte de l’évaporation, la maîtrise de la méthode de mesure et le traitement mathématique des données. La communicabilité des protocoles et leur exécutabilité par d’autres élèves peu travaillées dans cette séquence, pouvaient également être améliorées. Les itérations suivantes ont consisté à choisir ce qui pouvait être laissé sous la responsabilité des élèves, et à envisager les étayages à leur apporter pour qu’ils puissent construire un protocole pertinent, exécutable et communicable, qui donne du sens à leur expérimentation.
- 4 Ce type de tablette allie un environnement bureautique similaire à un ordinateur avec des fonctionn (...)
26Lors de la troisième itération, la séquence d’enseignement a été retravaillée pour donner aux élèves les moyens de dépasser des difficultés repérées et pour explorer des usages des tablettes numériques Windows84 dans l’étayage de la conception de protocoles expérimentaux (tableau 5). La séquence a été testée dans une classe de CM2 de 28 élèves non familiarisés avec ce type d’activité.
Tableau 5 : séquence d’enseignement mise en œuvre lors de la 3e itération
| Séance 1 |
Élaboration d’un protocole par groupe d’élèves |
| Séance 2 |
Révision et présentation du protocole de chaque groupe à la classe |
| Séance intermédiaire de français : travail sur le texte injonctif |
| Séance 3 |
Mise en œuvre du protocole et révision du protocole |
| Séance 4 |
Observations, relevés de mesures et révision du protocole (français, sciences) |
| Séance 5 |
Observation, relevé de mesures et révision du protocole (français, sciences) |
| Séance 6 |
Interprétation des résultats et choix d’un protocole à présenter aux élèves de CP |
| Séance 7 |
Présentation du protocole aux élèves de CP et encadrement de leur expérimentation |
27Toutes les productions des élèves sur supports papier et numérique ont été conservées. Un choix des productions d’un groupe d’élèves est présenté en annexe. La vidéo d’un groupe d’élèves lors de la séance 1 de conception, et la vidéo de présentation des protocoles par chaque groupe d’élèves à la classe en fin la séance 2 ont été réalisées. Ces productions et ces vidéos constituent le corpus étudié. L’analyse vise à comparer les protocoles produits par les élèves au cours des différentes séances pour dégager les éléments qui ont effectivement étayé leur conception. Elle mobilise pour cela les critères de qualité définis au paragraphe 2.
28Marzin-Janvier (2013) pointe la nécessité de laisser aux élèves un temps assez long pour que leurs protocoles conduisent à des expérimentations contrôlées. Six séances, qui se sont déroulées sur trois semaines, ont donc été réservées à ce travail (tableau 5). Nous présentons ci-dessous les principaux choix effectués et les étayages envisagés (tableau 6) pour soutenir la conception de protocoles pertinents, exécutables et communicables.
Tableau 6 : éléments susceptibles d’étayer la conception du protocole au cours des séances S1 à S6
|
Étayage |
Fonctions de l’étayage d’après Bange, Carol & Griggs (2005) |
S 1 |
S 2 |
S 3 |
S 4 |
S 5 |
S 6 |
Étayages présents tout au long de la séquence |
Concevoir un protocole pour les élèves de CP |
Incitation et motivation, aide à la réalisation de la tâche, feed-back (évaluer) |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
| Utiliser une tablette numérique |
Incitation et motivation, aide à la réalisation de la tâche |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
| Travailler en groupe |
Aide à la réalisation de la tâche, feed-back (évaluer) |
X |
X |
X |
X |
X |
|
| Expliciter les critères d’évaluation |
Aide à la réalisation de la tâche, feed-back (évaluer, valider) |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
| Structurer le travail de conception (fiche de travail) |
Aide à la réalisation de la tâche |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
| Donner une place aux écrits privés |
Aide à la réalisation de la tâche, feed-back (évaluer) |
X |
X |
X |
X |
|
|
| Anticiper des questions pour relancer le travail des élèves |
Feed-back (évaluer) |
X |
X |
X |
X |
X |
X |
Étayages proposés en cours de séquence |
Étudier une expérience conduisant à une analyse comparative |
Aide à la réalisation de la tâche |
|
X |
|
|
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|
| Articuler l’enseignement des sciences et du français |
Aide à la réalisation de la tâche |
|
|
|
X |
X |
|
| Mettre en œuvre son protocole |
Feed-back (évaluer) |
|
|
X |
|
|
|
| Favoriser les interactions entre groupes |
Feed-back (évaluer, valider) |
|
X |
|
|
|
X |
29Dans le but de diminuer la complexité de la tâche, il a été décidé de ne pas confier aux élèves le choix du matériel expérimental. L’enseignante a choisi des plantules de pois qui respectent les critères de disponibilité, coût et faisabilité ; des tubes à essai homogènes permettant des comparaisons ; des supports de tubes pour contribuer à la précision des mesures. Ce matériel n’a été présenté aux élèves qu’à partir de la deuxième séance pour ne pas entraver la dimension créative de la conception. Le choix de la grandeur à mesurer, la façon d’utiliser le matériel, la rédaction du protocole ont été placés sous la responsabilité des élèves en appui sur des étayages.
30Différents étayages ont été mis en place tout au long de la séquence pour structurer le travail des élèves et leur permettre de prendre en compte les critères d’évaluation d’un protocole (tableau 6).
31L’hypothèse à tester « L’eau rentre par les racines de la plante », répondant au problème « Par où l’eau entre-t-elle dans une plante ? », a été apportée par les élèves de CP de l’école. Le problème posé aux élèves de CM était de concevoir un protocole que les CP auraient à mettre en œuvre pour tester cette hypothèse. La diversité des protocoles permettant de tester cette hypothèse engage les élèves dans un problème ouvert (Fabre, 2009). L’existence d’un destinataire autre que l’enseignant est source de motivation pour les élèves, et aide à la réalisation en donnant du sens aux critères d’exécutabilité et de communicabilité. Elle favorise un feed-back lors de l’interaction avec les CP.
32Il a été proposé aux élèves d’utiliser une tablette numérique pour réaliser leur production écrite. L’utilisation d’un outil appartenant plutôt à la sphère privée pour des usages scolaires, et permettant d’améliorer la qualité de la production, pouvait motiver des élèves à entrer dans l’activité. Les tablettes numériques ont également été proposées pour faciliter la révision des écrits. Il s’agissait là d’une aide à la réalisation de la tâche par réduction de la charge de travail.
33Le travail des élèves a été organisé en 6 groupes de 4 à 5 élèves pour pouvoir partager et assumer la prise de risque liée au processus de création (D’Ham, 2009). Cette modalité de travail permet également des interactions entre pairs qui contribuent à donner des éléments de feed-back. Une fiche de répartition des tâches a été proposée pour structurer le travail du groupe et s’assurer la participation de tous.
34Une fiche énonçant les critères d’évaluation d’un protocole, reformulés pour être accessibles aux élèves, a été donnée dès la séance 1 (encadré 3). Ces critères ont également été rappelés au tableau à certains moments stratégiques. Ils correspondent à une aide à la réalisation de la tâche, en réduisant la complexité par l’identification de sous-tâches, et instrumentent l’évaluation ou feed-back au sein de chaque groupe et au niveau de la classe.
Encadré 3 : fiche proposée par l’enseignante présentant les critères de qualité d’un protocole expérimental
Un protocole expérimental doit être : pertinent pour bien prouver ce que l’on doit montrer, précis pour pouvoir être reproduit à l’identique, communicable pour être lu et compris par tous. |
35Une fiche de travail fournissant aux élèves un support de description et communication de leur protocole a été donnée (voir annexe). Pour ancrer l’activité de conception dans le cadre d’une démarche scientifique, elle rappelait le problème scientifique, l’hypothèse à tester et demandait aux élèves d’anticiper les résultats en employant la formule « Si… alors… ». Ces choix visent à aider les élèves à construire une pertinence externe en les incitant à identifier la grandeur à mesurer et les observations à effectuer. Pour engager les élèves dans la conception d’un protocole exécutable, la fiche demandait de « décrire l’expérience ». Pour les aider à formaliser et structurer leurs idées, cette description était soutenue par des questions (« Comment je la mets en place ? », « Comment je la suis dans le temps ? ») et structurée en trois champs (« liste du matériel », « déroulement de l’expérience », « schéma de l’expérience »). Cette fiche de travail était proposée sous format numérique dans un traitement de texte. Sur le plan de la communicabilité, si ce format assure la calligraphie du texte, il laisse à la charge des élèves la qualité de l’expression écrite (syntaxe, orthographe, règles typographiques) et le respect d’une typologie textuelle adaptée, soit un texte injonctif qui incite à l’action par une liste de tâches à l’impératif ou à l’infinitif. Ces étayages permettent d’adapter la tâche aux difficultés des élèves en leur mettant en évidence les sous-tâches à réaliser.
36Vérin (1988) souligne l’importance des différents écrits, pour soi ou pour les autres, qui accompagnent l’expérimentation. La fiche de travail numérique a été complétée par des fiches identiques sur papier en format A3, individuelles ou pour le groupe, selon les étapes de la conception. Ce support ouvre un espace privé pour inventer, penser et exprimer ses idées. Son format est plus facile à partager entre élèves que l’écran 11 pouces de la tablette numérique. Ces fiches de travail en support papier soutiennent ainsi les interactions entre les élèves. En permettant de mémoriser les révisions à effectuer sur le support numérique, elles aident également à la réalisation.
Figure 3 : écrits privés, écrits pour les autres
37Des questions susceptibles de relancer le travail des élèves, sans leur apporter la réponse, ont été anticipées par l’enseignante. Au cours de la séance 1, elles étaient accessibles sur la tablette sous forme de fichiers que les élèves pouvaient consulter librement (exemple : « Aide 1 : avant de commencer à décrire l’expérience que l’on veut réaliser, se mettre d’accord sur ce que l’on veut montrer, c’est-à-dire sur ce que l’on veut tester. Relire l’hypothèse de départ. »). Au cours de la séance 2, elles étaient adaptées à chaque groupe et rédigées sur la fiche de travail (exemple : « Vous parlez de l’évaporation mais comment montrer qu’il y a évaporation ? »). Au cours des séances suivantes, il s’agissait de questions anticipées dans la préparation de l’enseignante pour être posées aux élèves en cours de séance.
38Des étayages ponctuels ont été proposés en cours de séquence (tableau 6) sous forme d’aides à la réalisation pour dépasser des difficultés ciblées ou de pour permettre aux élèves d’évaluer leurs protocoles à des moments choisis de la séquence.
39Les analyses menées les années précédentes ayant montré les difficultés des élèves à concevoir un témoin, il a été choisi de laisser les élèves se frotter à cette difficulté durant la séance 1, puis d’étudier l’expérience historique de Spallanzani sur la digestion in vitro en début de séance 2 pour leur permettre de prendre conscience du rôle d’une analyse comparative. Les élèves, ayant déjà étudié la digestion, devaient être en mesure de comprendre facilement cette expérience et de porter leur attention sur le rôle du témoin.
40La séance 3 a été précédée d’une séance de français sur les caractéristiques d’un texte injonctif à partir d’un exemple de protocole expérimental. Les séances 4 et 5 ont été construites comme des séances codisciplinaires (Chevallard, 2004) sciences-français durant lesquelles le protocole était regardé alternativement comme un objet scientifique ou comme un objet d’étude en français, en fonction des moments de la séance et des questions ciblées de l’enseignante. Pour faciliter la prise en compte des difficultés des élèves à écrire un texte injonctif, à corriger les fautes d’orthographe et de grammaire, ce travail a été conduit en demi-classe. Cet enseignement de français, articulé à celui de sciences, est ainsi envisagé comme un étayage pour augmenter la communicabilité du protocole produit.
41La mise en œuvre du protocole par les élèves en séance 3 a été envisagée non pas comme le but de l’activité mais comme un moyen favorisant un feed-back conduisant à le compléter et le réviser pour le rendre mieux exécutable. Pour cela, les élèves avaient la consigne d’identifier si ce qui était écrit sur leur fiche de travail permettait de mettre en œuvre les actions à réaliser et le cas échéant d’apporter les modifications nécessaires.
42Deux moments ont été choisis au cours du processus de conception pour générer des interactions entre groupes et engendrer un feed-back par les pairs permettant aux élèves d’identifier des insuffisances dans la pertinence, l’exécutabilité ou la communicabilité de leur protocole. Une première présentation orale du protocole de chaque groupe à la classe a été réalisée en fin de la séance 2, suffisamment tôt pour que les insuffisances révélées puissent être prises en compte par les élèves. En séance 6, une confrontation collective des différents protocoles pour choisir celui qui serait présenté aux élèves de CP devait permettre de discuter la pertinence interne et l’exécutabilité.
43En début de séance 1, la proposition de concevoir un protocole à destination des élèves de CP a initié un échange collectif, d’une dizaine de minutes où plusieurs élèves de CM ont fait des propositions, montrant qu’ils s’engageaient facilement dans cette « mission ». Le fait de concevoir pour autrui a permis de prendre conscience de critères relatifs à l’exécutabilité et la communicabilité du protocole (tableau 7), ce qui a permis ensuite à l’enseignante de présenter l’ensemble des critères d’évaluation. À l’issue de cette séance, tous les groupes ont réalisé une production écrite sans être guidés par l’enseignante.
Tableau 7 : temps d’échange collectif initiant la production d’un protocole expérimental pour les CP
| Essai de la transcription des échanges |
| P |
Vous allez imaginer une expérience que vous proposerez aux CP. Il faut la rédiger. Est-ce que vous avez une idée comment on va la rédiger ? |
Exécutabilité |
| E1 |
On marque de quoi on a besoin |
| P |
Ah, on va écrire de quoi on a besoin |
| E2 |
On va faire la liste |
| P |
La liste de quoi ? |
| E2 |
La liste de quoi on a besoin |
| P |
Et une fois qu’on a trouvé la liste du matériel dont on a besoin, qu’est-ce qu’on va devoir faire ? |
| E3 |
On peut faire des dessins qui montrent comment on fait |
|
[…] |
| E4 |
Il faudra essayer de la faire pour voir si ça marche. |
| E5 |
Si l’expérience ne marche pas, on corrige ce qui n’a pas marché. On essaye de mettre autre chose. |
|
[…] |
| P |
Comment on peut faire alors pour expliquer mieux ? |
Communicabilité |
| E2 |
Il faut faire des phrases simples, pas des phrases compliquées |
| E6 |
Avec des mots pas trop difficiles parce que les CP ils ont pas le même niveau que nous |
| E7 |
Ben pas mettre les termes scientifiques |
| P |
Il y en a beaucoup qui ont des petits frères et petites sœurs en CP, ils comprennent comme même beaucoup de choses |
| E8 |
Je sais, on met les termes scientifiques et on met des « astérisques » et on fait un lexique, on les met en bas et on dit ce que ça veut dire |
| E9 |
Il faut que la phrase elle a du sens |
| E7 |
Ils ne savent pas très bien lire, il faut bien écrire |
| P |
Elia a une remarque |
| E10 |
Pour expliquer on peut faire un dessin |
| E11 |
Un schéma |
| E5 |
On peut faire des étapes |
P : enseignante, E1 à E9 : élèves
44Tous les protocoles produits mettent en relation l’hypothèse à tester avec l’évaluation d’une grandeur qui permet de la tester. Quatre groupes choisissent le volume d’eau absorbé par la plante, un groupe l’assèchement de la terre et un autre le déplacement de l’eau dans les racines. La construction de cette pertinence externe est à relier aux informations et à la structuration de la fiche de travail ainsi qu’aux questions de relance de l’enseignante. Bien que les fiches d’aide aient été très peu consultées par les élèves, leur préparation a permis à l’enseignante de disposer d’un panel de questions facilement mobilisables pour relancer les élèves tout en évitant de leur donner la réponse.
45Les protocoles proposés ne manifestent cependant pas tous la même pertinence interne. Le volume d’eau absorbé est évalué par les élèves en suivant la baisse du niveau d’eau dans le récipient contenant la plante. Trois groupes choisissent de l’apprécier grâce à des repères, un groupe en mesurant les variations du niveau d’eau. Un seul de ces quatre groupes prend en compte le phénomène d’évaporation. Le groupe qui souhaite évaluer l’assèchement de la terre propose de le faire de façon qualitative et le groupe qui souhaite évaluer le déplacement d’un colorant dans les racines propose d’observer la présence d’eau colorée dans des coupes longitudinales de racines. Les élèves ont donc proposé diverses stratégies pour apprécier l’absorption d’eau par la plante, ce qui montre que l’étayage a soutenu la production de protocoles pertinents sans réduire la créativité.
46Un seul groupe propose un témoin pour conduire une analyse comparative. L’enregistrement vidéo permet de comprendre que cette proposition naît progressivement et de façon un peu fortuite dans le groupe. Les élèves ont prévu de plonger les racines dans de l’eau colorée puis de les couper pour voir si l’eau colorée y a pénétré. Une élève s’approprie l’idée de couper les racines et propose une autre expérience, montrant qu’une plante sans racine ne peut pas absorber l’eau. Cette proposition fait germer l’idée d’une analyse comparative chez un élève : « J’ai une idée, en fait on met une plante comme ça (plante avec racines) et une plante sans racine que t’as coupée avant, comme ça tu regardes à l’intérieur et tu compares. »
47Tous les protocoles sauf un, présentent un niveau de complétude suffisant pour comprendre les grandes étapes et un ordre logique de ces étapes (ce n’est pas le même protocole qui combine ces deux insuffisances). Tous contiennent une liste de matériel cohérente par rapport à la méthode choisie. La moitié des protocoles ne repère cependant pas l’état initial d’où une impossibilité d’apprécier la quantité d’eau absorbée par les racines.
48A l’issue de cette première séance, si deux groupes s’appuient sur un texte injonctif, deux groupes mobilisent un texte narratif centré sur le déroulement d’évènements dans le temps et deux groupes écrivent un texte qui emprunte à ces deux types. Seuls deux des écrits possèdent une orthographe et une syntaxe satisfaisantes, tous les autres montrent une faible maîtrise des règles typographiques liées à l’écriture d’un texte numérique. Les compétences relatives à la maîtrise de la langue et aux TIC ne permettent donc pas de produire des protocoles aisément communicables.
49L’étayage apporté durant la première séance a permis aux élèves de concevoir un premier protocole respectant une pertinence externe mais ne prenant pas correctement en charge les autres critères d’évaluation (voir annexe).
50Des améliorations des protocoles peuvent être observées de la séance 1 à la séance 5 (voir annexe). Nous les présentons ci-après en les reliant aux étayages apportés, et signalons également des résistances observées chez les élèves.
51À l’issue de la séance 2, tous les protocoles (contre un à la séance 1), présentent un témoin ne différant de l’autre essai que par l’absence de racine sur la plantule. Cette modification peut être directement reliée à l’étude de l’expérience de Spallanzani et aux questions écrites par l’enseignante sur les productions des groupes, telles que : « Comment montrer que ce sont bien les racines qui absorbent l’eau ? ». Cependant, les cinq groupes qui ajoutent un essai avec une plantule sans racine au cours de la séance 2 ne rédigent pas directement les résultats attendus pour ce témoin dans leur fiche de travail. Ce sont les réactions des élèves lors de la présentation des protocoles en fin de séance 2 (voir point suivant), les questions de relance de l’enseignante au cours de la séance 3, et de la séance 4 pour un dernier groupe, qui conduiront tous les élèves à anticiper les résultats pour le témoin. Si l’étude de l’expérience de Spallanzani a aidé les élèves à identifier le témoin nécessaire, son rôle dans une analyse comparative nécessite encore d’être consolidé.
52En fin de séance 3, tous les protocoles correspondent à un texte injonctif. Cette amélioration peut être reliée aux apprentissages effectués durant la séance de français qui a eu lieu entre les séances 2 et 3.
53La présentation du protocole à la classe en séance 2, la mise en œuvre du protocole en séance 3 ainsi que le recueil de données, contribuent à l’amélioration des protocoles des différents groupes.
54Au cours des présentations orales, un élève lisait les informations apportées sur la fiche de travail de son groupe, puis un temps d’échange permettait aux élèves non concepteurs de demander des compléments d’information ou d’exprimer leur désaccord. La mise en correspondance des transcriptions de la vidéo de ces présentations avec l’évolution des productions entre les séances 2 et 3 nous permet d’identifier six moments au cours desquels cette situation exerce une rétroaction sur le protocole. Deux sont liés à la lecture à haute voix qui amène les élèves à prendre conscience de la faiblesse de la syntaxe de certaines phrases. Quatre autres sont liés aux échanges collectifs qui pointent des incohérences dans les résultats anticipés, questionnent la pertinence de la stratégie choisie ou encore son exécutabilité. La présentation orale des protocoles produit des rétroactions qui interviennent sur les trois critères de qualité. Le tableau 8 illustre l’une d’entre elles.
Tableau 8 : amélioration de l’exécutabilité du protocole suite à sa présentation orale
| Extrait du protocole séance 2 |
Échanges entre élèves lors de la présentation du protocole en fin de séance 2 |
Extrait du protocole séance 3 |
| - Mets du papier d’aluminium sur le tube pour que l’eau ne s’évapore pas |
E1 : Ils disent pas où le mettre le papier d’alu E2 : Ils le mettent sur le tube E3 : Mais, mais comment mettre la plante ? E4 : Faut le transpercer E5 : On le met dessus, on fait un trou pour la plante, on met de l’eau et on met la plante |
- Transpercez le papier d’aluminium avec la mine - Mettez du papier d’aluminium sur le tube pour que l’eau ne s’évapore pas |
L’élève E5 est l’élève qui présente le protocole de son groupe à la classe.
55La mise en œuvre du protocole a conduit les six groupes à améliorer l’exécutabilité de leur protocole en complétant la liste de matériel, et pour l’un d’eux, en réorganisant les étapes. Cinq groupes ont également amélioré la complétude en ajoutant et précisant les étapes (tableau 9).
Tableau 9 : amélioration de l’exécutabilité et de la complétude du protocole
| Extrait du protocole avant mise en œuvre (séance 2) |
Extrait protocole après mise en œuvre (séance 4) |
- Prendre une plante et la mettre dans de l’eau colorée - En prendre une 2e et lui couper les racines avant de la mettre dans de l’eau |
- Mettez 4 gouttes de colorant dans l’eau de chaque tube - Prenez une plante et mettez-la dans l’eau colorée (tube 1) - Prenez-en une 2e et coupez-lui les racines avant de la mettre dans l’eau (tube 2) |
extraits du protocole d’un groupe d’élèves avant et après sa mise en œuvre.
56Le recueil de données a également contribué à améliorer l’exécutabilité du protocole de plusieurs groupes. Les élèves qui souhaitaient apprécier l’abaissement relatif du niveau d’eau dans le tube se sont confrontés, dès leur deuxième ou troisième observation, à la nécessité de mesurer les variations observées pour rendre compte de leurs résultats (tableau 10). Par ailleurs, observant une croissance différentielle de la plantule selon que les racines sont ou non dans l’eau, plusieurs groupes mesurent également cette croissance pour étayer leurs résultats (tableau 10). Cette rétroaction, liée au recueil des données n’avait pas été anticipée par l’enseignante qui ne l’exploite pas lors de la rédaction finale du protocole pour les CP. En effet, ce protocole préconise simplement d’observer si le niveau de l’eau a baissé (à moins qu’il ne s’agisse d’un choix lié au niveau de classe ciblé).
Tableau 10 : exemple de tableau produit par les élèves montrant le passage d’un résultat relatif à la mesure d’une grandeur
| Dates |
Plantule 1 |
Plantule 2 |
| Jour 1 |
L’eau a baissé |
L’eau a un tout petit peu baissé |
| Jour 2 |
L’eau a baissé d’un centimètre |
L’eau a baissé de 5 millimètres |
| Jour 3 |
L’eau a baissé de 2 mm ; la plante mesure 7 cm |
L’eau a baissé de 2 mm ; la plante mesure 1 cm et une nouvelle racine a poussé |
| Jour 4 |
L’eau a baissé de 1 cm ; la plante du tube 1 mesure 10 cm |
L’eau du tube 2 a baissé 1,3 ; la plante du tube 2 mesure 3 cm |
57La syntaxe, l’orthographe, le respect des règles typographiques s’améliorent dans les cinq productions successives du protocole. Cependant, le renforcement de la complétude peut engendrer une baisse du niveau d’expression et l’apparition de nouvelles fautes d’orthographe, par ajout de texte nouveau, la progression n’est donc pas linéaire. Les activités centrées sur la maîtrise de la langue en demi-classe au cours des séances 4 et 5, ont particulièrement contribué à améliorer les écrits des élèves en difficulté.
58Même si le passage au numérique est parfois responsable de nouvelles fautes liées à une mauvaise maîtrise du clavier, il facilite la révision en permettant de ne pas tout réécrire à l’issue de chaque étape. L’écriture cursive à l’aide d’un stylet sur la surface tactile avec une reconnaissance de caractère a levé, pour les élèves qui le souhaitaient, les difficultés liées à l’usage du clavier numérique (figure 4). Cet outil a également été utilisé pour conserver des traces des observations (tableau, photos annotées) et donne au produit fini une qualité en terme de communicabilité (voir annexe).
Figure 4 : écriture cursive à l’aide d’un stylet et reconnaissance de caractères
59Les élèves ont éprouvé des difficultés à remettre en cause la grandeur choisie pour tester l’hypothèse qui détermine de façon directe la pertinence externe et de façon indirecte la pertinence interne et l’exécutabilité du protocole. C’est ainsi qu’un groupe, interpellé lors de la présentation orale sur la pertinence à placer la plante dans la terre, conserve sa stratégie par la suite, ou qu’un autre groupe, qui avait envisagé de couper les racines dans leur longueur pour apprécier l’entrée d’eau colorée, prend conscience de la difficulté manipulatoire, mais ne renonce pas à ce choix. De même, les idées intéressantes des autres groupes ne sont pas retenues une fois que la stratégie a été définie. Nous constatons en effet que, même si les élèves s’accordent sur le rôle possible de l’évaporation dans l’expérience, aucun nouveau groupe ne le prend en compte après la phase de présentation orale. Ces résultats confortent l’intérêt d’une négociation au sein de la classe pour ne proposer in fine qu’un seul protocole aux élèves de CP. Le débat collectif qui s’ensuit consiste à déterminer quel est le meilleur protocole (celui qui respecte les critères d’évaluation) à partir d’une confrontation des productions des divers groupes. Celui retenu par la classe appréciait l’abaissement du niveau d’eau en neutralisant le phénomène d’évaporation, il était pertinent et exécutable.
60Cette étude de cas s’est limitée à un type de protocole, sur un sujet donné, dans un niveau de classe donné. D’autres expérimentations sont à mener pour confirmer l’intérêt des différents types d’étayages analysés, qui constituent des pistes à explorer concernant d’autres sujets et d’autres niveaux de classe. À l’échelle de notre expérimentation, nos résultats soulignent l’importance d’inscrire le processus de conception de protocoles expérimentaux sur la durée, en favorisant les confrontations entre protocoles, et en donnant la possibilité d’effectuer des révisions jusqu’au bout de l’expérimentation. La tablette numérique apparaît comme un outil intéressant pour accompagner ce processus de révision, conserver des traces des observations et donner au produit fini une qualité en termes de communicabilité. La codisciplinarité contribue également à améliorer la communicabilité et permet de donner du sens aux apprentissages en sciences et en français.
61Pour les difficultés persistantes, d’autres types d’étayages à étudier pourraient se concentrer sur les codes symboliques verbaux, iconiques et littéraux mobilisés, dont l’importance pour donner du sens aux activités pratiques a été soulignée (Larcher, 1994 ; Tiberghien, 2000). Un travail sur la schématisation pourrait être réalisé, ainsi qu’une explicitation plus précise des termes employés tels que « niveau d’eau » et « absorption d’eau ».
62Le nombre d’étayages proposés par l’enseignante lors de la troisième itération de cette recherche et les autres pistes évoquées, montrent bien la complexité des situations d’apprentissage étudiées. Le terme complexité s’entend ici au sens de Morin (1990) comme ce qui est « tissé ensemble ». Les différents facteurs envisagés constituent un système, où les effets de l’un sont interdépendants des effets des autres, et où isoler un facteur pour l’étudier paraît vain. C’est pour cette raison que nous avons abordé l’analyse de ces situations avec une méthodologie de type design based research (Wang & Hannafin, 2005), où les choix et les analyses sont réalisés en lien avec l’action, qui, en tant que stratégie, permet de prendre en compte l’inattendu, l’incertain, le hasard, inhérents à toute complexité (Morin 1990).