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Approfondir ses connaissances pour s’approprier le programme

QUESTIONNER LE MONDEQuestionner le monde du vivant, de la matière et des objets

Informer et accompagner les professionnels de l’éducation CYCLES 2 3 4

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Comment reconnaitre le monde vivant ?

Caractéristiques du monde vivant, ses interactions, sa diversité Il s’agit dans cette partie de construire progressivement l’idée de vivant en s’attachant à identifier les êtres vivants par quelques propriétés comme le développement, le changement de forme ou les échanges pratiqués avec le milieu et les autres organismes, de manière à progressivement distinguer en argumentant ce qui est vivant de ce qui ne l’est pas.

Comment reconnaitre le monde vivant ?On peut définir ici le vivant de deux façons :

est vivant tout être organisé qui naît, se développe, se reproduit et meurt ; est vivant tout être dont le fonctionnement est caractérisé par sa capacité à construire sa propre matière vivante, à échanger avec son milieu - des matériaux, de l’énergie et de l’information - et à se reproduire. Ainsi tous les êtres vivants sont caractérisés par trois grands ensembles de fonctions : les fonctions de nutrition, les fonctions de reproduction et les fonctions de relation.

Les fonctions de nutritionElles correspondent à l’ensemble des fonctions assurant l’approvisionnement en matière et en énergie d’un organisme ainsi que son entretien et son renouvellement. Elles assurent ainsi la pérennité de l’individu. Ces fonctions comportent notamment l’alimentation, la digestion, la respiration, la circulation et l’excrétion. Il faut noter que, pris au sens strict, le mot nutrition correspond aux processus de transformation et d’utilisation des aliments par l’organisme. Ainsi seuls les êtres vivants sont capables de produire et construire leur propre matière vivante à partir des nutriments et minéraux qu’ils trouvent dans leur environnement ou en consommant d’autres êtres vivants. Les êtres vivants capables de produire leur propre matière organique à partir de matière minérale sont appelés les producteurs ; les autres sont des consommateurs ou des décomposeurs. Pour cela, ils établissent des relations trophiques (alimentaires) entre eux dans le cadre de leur écosystème. L’ensemble de ces relations alimentaires constituent ce que l’on appelle un réseau alimentaire.

Les fonctions de reproductionElles regroupent l’ensemble des fonctions assurant la pérennité de l’espèce. Il s’agit d’une part des fonctions assurant la production et la rencontre des cellules reproductrices lors de la reproduction sexuée et d’autre part des fonctions liées au développement et à la croissance conduisant à la formation d’un organisme adulte (comme par exemple les soins à


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la progéniture). Les moyens de reproduction sont très variés mais tous les êtres vivants sont capables de transmettre la vie par voie sexuée ou asexuée.

Les fonctions de relationCe sont les différentes fonctions permettant à un organisme d’être informé sur son environnement et d’agir sur lui. Il s’agit d’une part des fonctions sensorielles assurant la réception des informations extérieures, d’autre part, des fonctions motrices qui permettent à l’organisme de se déplacer et d’agir sur son environnement et enfin des fonctions du système nerveux assurant les missions sensorielles et motrices. Les végétaux, dépourvus de système nerveux, n’ont pas le même type d’interactions avec leur environnement que les animaux. Néanmoins, ils sont capables d’utiliser des informations en provenance de l’environnement, notamment certaines molécules volatiles, certaines radiations lumineuses, des agressions, la pesanteur, la température… Elles ont aussi une action sur leur environnement : par exemple, la production de dioxygène par les végétaux planctoniques a bouleversé durablement la composition de l’atmosphère terrestre qui en était initialement dépourvue. Autre exemple, l’activité des racines modifie la structure et la composition des sols.

Tout être vivant est composé d’une ou plusieurs cellules.Le plus grand dénominateur commun à tous les êtres vivants est la cellule.

L’observation au microscope des micro-organismes ou des échantillons prélevés sur des êtres vivants macroscopiques, montre qu’ils sont toujours formés d’unités structurales microscopiques de formes variées appelées « cellules ». Les cellules sont délimitées par une membrane qui contient le cytoplasme dans lequel se trouvent de nombreux éléments dont le noyau – qui abrite l’information génétique. Qu’il s’agisse de l’unique cellule formant certains microorganismes (unicellulaires) comme les bactéries et les protozoaires, ou des milliards de cellules formant les organismes pluricellulaires comme les animaux ou les plantes, tous possèdent ces trois grands ensembles de fonctions. C’est pourquoi la cellule est considérée comme la plus petite unité qui mérite le qualificatif de vivant.

Tous les organismes vivants actuellement recensés présentent deux propriétés d’autonomie : celle de recopier par eux-mêmes leurs séquences d’ADN1 et celle de traduire l’information génétique spécifique en protéines qui assurent soit les fonctionnements soit l’élaboration de la structure cellulaire.

Les interactions du vivantUne interaction biologique désigne un processus à l’intérieur d’un écosystème impliquant des échanges, soit entre plusieurs espèces (relations interspécifiques), soit entre des individus d’une même espèce (relations intraspécifiques).

Il existe toute une gradation de relations, rendant les individus plus ou moins interdépendants.

Les principales sont :

L’alliance : interaction présentant des avantages réciproques (exemple : le garde-bœuf libère les grands mammifères de leurs parasites et y gagne nourriture et protection) ;

La symbiose : interaction directe mutuellement bénéfique entre des organismes d’espèces différentes qui vivent au contact les uns des autres (exemple : la réunion d’un champignon et d’une algue crée un nouvel organisme : les lichens) ;

Le mutualisme : interaction indirecte ou directe mutuellement profitable entre organismes d’espèces différentes ; cette interaction peut devenir tellement étroite qu’elle devient

1. Acide DesoxyriboNucléique, support de l’information génétique.




indispensable à la survie de l’un des deux partenaires (exemple : la pollinisation par les insectes : l’insecte se nourrit et assure en même temps la reproduction du végétal) ;

Le commensalisme : interaction directe ou indirecte entre deux espèces dont une seule tire profit, avec ou sans nuisance pour l’autre (exemple : les vautours qui suivent les prédateurs carnivores et profitent des restes de leurs repas) ;

La compétition : concurrence pour des ressources limitées (exemple : lutte des plantes pour

l’accès à la lumière en milieu forestier) ;

La prédation : interaction directe entre une espèce dénommée prédateur et une à plusieurs espèces dénommée(s) proie(s) (exemple: le lynx et le chevreuil) ;

Le parasitisme : interaction trophique (alimentaire) directe entre une espèce dénommée parasite et une à plusieurs espèces dénommée(s) hôte(s). Cette interaction est vitale pour toute ou partie de la vie du parasite et se fait au détriment de l’hôte (exemple : le ténia et ses hôtes, homme et porc).

La diversité du vivant1 750 000 espèces sont recensées, parmi lesquelles on peut identifier deux grandes structures cellulaires : celle des procaryotes (bactéries) et celle des eucaryotes (= 99% des espèces recensées).

Si dans les cellules des eucaryotes le noyau isole l’ADN du reste du cytoplasme, dans les cellules des procaryotes il n’y a pas de frontière entre ADN et cytoplasme.

La biodiversité ne peut s’étudier sans son cadre de vie. Ainsi un écosystème est un ensemble vivant formé par un groupement de différentes espèces en interrelations – entre elles et avec leur environnement – sur une échelle spatiale donnée. L’écosystème regroupe des conditions particulières et permet le maintien de la vie. Réciproquement, cette vie constitue et maintient l’écosystème. Tous les grands écosystèmes de la planète – des zones marines et côtières, des eaux intérieures, des forêts, des terres arides et semi-arides ou des montagnes … – sont peuplés d’espèces adaptées.

Une stratégie pour construire la notion de vivantL’étude de divers êtres vivants doit permettre de dégager l’existence de certaines des fonctions citées ci-dessus. Cette étude est un préalable nécessaire pour distinguer le vivant du non-vivant. Pour cela, dès le CP, l’observation menée dans la nature (jardins), dans des élevages et des cultures permet aisément d’identifier l’existence ou non d’interactions entre les êtres, d’échanges avec le milieu, d’un développement voire d’une multiplication. Ces faits rendent ensuite les élèves aptes à argumenter le caractère vivant d’un objet d’étude.

Reconnaitre des comportements favorables à sa santéLes mouvements corporels mobilisent l’intervention de structures effectrices – os, muscles, tendons, articulations – et une commande nerveuse. Le fonctionnement et le développement harmonieux du système moteur nécessite le respect de certaines règles.

L’activité physique permet de stimuler la restauration des tissus (cartilagineux, osseux, nerveux). Elle permet l’entretien de l’appareil locomoteur : solidification du squelette et maintien ou développement de la masse musculaire. Il n’est pas nécessaire de s’entraîner longtemps ni avec une intensité élevée pour cela : c’est la fréquence des stimulations générées par l’activité physique quotidienne qui induit ces effets.




L’apport de matériaux de construction ainsi que d’énergie se fait par l’alimentation. Celle-ci doit donc couvrir régulièrement les besoins, ce qui est la condition de l’équilibre. En cas de déséquilibre durable – quantitatif et/ou qualitatif – de la couverture des besoins, l’organisme développe des troubles ou des pathologies.

Les besoins en sommeil sont à mettre en relation avec l’âge. La récupération de la fatigue physique et de la fatigue nerveuse passe bien par un sommeil suffisant en qualité et quantité. L’importance physiologique du sommeil a été mise en évidence : ainsi, on sait qu’une des hormones de croissance n’est sécrétée pratiquement que pendant certains stades de sommeil (sommeil profond). Si ces stades sont supprimés, cette hormone de croissance n’est pas sécrétée. Cette hormone favorise, outre la croissance, la réparation des tissus et des cellules.

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Qu’est-ce que la matière ?

DéfinitionLa matière est ce qui constitue tout corps ayant une réalité tangible. Tout ce qui a une masse et occupe un volume est de la matière.L’univers qui nous entoure est formé de matière.

La lumière n’est pas de la matière car elle n’a pas de masse et on ne peut la comprimer.L’air, bien qu’invisible, est constitué de matière puisqu’il a une masse et occupe tout l’espace environnant ; on peut le comprimer et le déplacer.

La matière, visible ou invisible, est constituée d’atomes, d’ions ou de molécules (regroupés sous le terme d’entités chimiques) en interaction plus ou moins forte entre eux et donc plus ou moins organisés entre eux. De cette organisation découlent les états de la matière.

ENTITÉ CHARGE ÉLECTRIQUE CONSTITUTION EXEMPLESAtome Neutre Un seul élément chimique Le gaz hélium : He, le

carbone (à l’état graphite ou diamant) : C

Molécule Neutre Un ou plusieurs éléments chimiques

Le gaz dioxygène O2, le sucre ou saccharose C12H22O11, l’eau H2O

Ion Chargé positivement (cation) ou négativement (anion)

Un ou plusieurs éléments chimiques

L’ion sodium Na+, l’ion sulfate SO4

2-

Les trois états de la matièreOn peut relier l’état macroscopique de la matière (solide, liquide ou gazeux) à des caractéristiques macroscopiques et microscopiques.

L’état solide est ordonné : les entités constitutives (molécules, ions, atomes) ont des positions fixes et interagissent fortement entre elles. Un solide a une forme propre et un volume propre.L’adjectif « solide » signifie « robuste », résistant. L’expression « état solide » est à privilégier. Il est préférable de dire « l’eau à l’état solide » plutôt que « l’eau solide ».




L’état liquide est un état désordonné : les entités constitutives n’occupent pas de positions fixes et sont en mouvement incessant. Cependant, des interactions entre ces entités existent. Un liquide a donc un volume propre mais pas de forme propre (il épouse les formes de son contenant, et y reste). Les molécules ou les ions sont plus proches les uns des autres que dans l’état gazeux ; des interactions entre ces entités existent, moins fortes que dans les solides.

L’état gazeux est un état désordonné. Les entités constitutives d’un gaz sont en mouvement incessant, d’autant plus rapide que la température est élevée. Elles occupent tout le volume disponible et sont plutôt éloignées les unes des autres et quasiment sans interaction entre elles. Un gaz n’a donc ni volume propre ni forme propre, il occupe tout l’espace disponible.

Les caractéristiques de ces états

État Structure Forme Caractéris-tiques

Exemples (à la pression atmos-phérique)

Solide Ordonnée Forme propre Peu sensible aux variations de pression

À température ambiante (20°C) : le chlorure de sodium (sel de table) ; le saccharose (sucre blanc)À -10°C : la glace (eau à l’état solide)

Liquide Désordonnée Prend la forme du récipient

Peu sensible aux variations de pression

À température ambiante (20°C) : une huile ; un jus de fruit ; l’eau

Gazeux Désordonnée Occupe tout l’es-pace disponible

Sensible aux variations de pression : un gaz est compressible

À température ambiante : l’air ; le dioxyde de carbone

Les modifications des états de la matièreLes paramètres impliqués

La températurePlus la température est élevée, plus les entités constitutives sont en mouvement. En augmen-tant la température d’un échantillon de matière, on apporte de l’énergie thermique aux entités constitutives dont une partie est convertie en énergie cinétique (avec comme conséquence une augmentation des vitesses des entités). Si cet apport énergétique est suffisamment important, les interactions entre entités constitutives sont modifiées (il y en a moins et elles sont plus faibles, car les entités sont plus éloignées les unes des autres). Il peut alors se produire un changement d’état (passage de l’état solide à l’état liquide ou de l’état liquide à l’état gazeux par élévation de température).

La pressionLes liquides et les solides sont peu sensibles à une modification de pression, du fait de leur cohésion (interactions importantes entre les entités). Les gaz sont en revanche très sensibles à une modification de pression. Une augmentation de pression à température constante conduit à un rapprochement relatif des entités constitutives d’un gaz jusqu’à provoquer éventuellement un changement d’état (passage à l’état liquide le plus souvent).




Les changements d’étatLe changement d’état est une transformation physique de la matière, à ne pas confondre avec une transformation chimique où il y a modification des espèces.

Par exemple :

H2O(s) → H2O(l) symbolise la fusion de l’eau (passage d’un état ordonné solide (s) à un autre moins ordonné liquide (l))2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g) symbolise la décomposition de l’eau (deux molécules d’eau se dissocient en deux molécules de dihydrogène et une molécule de dioxygène à l’état gazeux (g))

Les changements d’états de la matière

Quelle que soit la nature de l’espèce chimique, les noms de changements d’état sont toujours les mêmes.

Quelles différences entre vaporisation, ébullition et évaporation ?

La vaporisation est le nom du changement d’état correspondant au passage de l’état liquide à l’état gazeux. Elle peut prendre deux formes :

l’ébullition, qui tire son nom des bulles de gaz observées lors du changement d’état par chauffage du liquide jusqu’à la température de changement d’état ou par diminution de pres-sion ;

l’évaporation, qui a lieu à la surface des liquides à des températures inférieures à la tempé-rature d’ébullition (cela se produit par exemple dans les marais salants ou le séchage du linge à l’air libre).

Quels usages du terme condensation ?

La liquéfaction est le nom du changement d’état correspondant au passage de l’état gazeux à l’état liquide.

La condensation désigne le passage direct de l’état gazeux à l’état solide (sans passer par l’état liquide).




Dans le langage courant, on parle de « condensation » de la vapeur d’eau contenue dans l’air humide au contact d’une paroi suffisamment froide, alors qu’il s’agit bien d’une liquéfaction.

La sublimation est un changement d’état plus rarement observé, elle marque le passage de l’état solide à l’état gazeux. C’est le cas du changement d’état à l’air libre de la « neige carbonique » (dioxyde de carbone à l’état solide qui passe directement à l’état gazeux).

Température de changement d’état Pour rappel, un corps pur est constitué d’une seule espèce chimique (par exemple l’eau H2O, le cuivre Cu), contrairement à un mélange (l’eau salée par exemple contient les espèces H2O, Na+ et Cl-).

À pression fixée, le changement d’état d’un corps pur se fait à température constante, dont la valeur est caractéristique du corps pur à cette pression. Si on prend l’exemple de la fusion de la glace, de la formation de la première goutte d’eau à l’état liquide jusqu’à la fusion du dernier cristal de glace, la température restera constante à 0°C (si on travaille à pression atmosphérique). On parle de palier de température au cours du changement d’état (qui se traduit par une horizontale dans le graphe « température en fonction du temps »). Les températures de changement d’état T des deux transformations inverses sont les mêmes pour une même espèce (à pression identique) : T fusion (eau) = T solidification (eau).

Plus les interactions entre les entités constitutives sont nombreuses et fortes (cela dépend à la fois de l’état physique considéré et de la nature et de la structure chimique des entités), plus les températures de changement d’état sont élevées. À pression donnée, la température de fusion d’une espèce est toujours plus faible que sa température d’ébullition.

L’air, un mélange gazeuxL’air est un mélange gazeux constitué de : 78 % de gaz diazote, 21 % de gaz dioxygène, 1 % d’autres gaz ; on peut retenir que 1/5 de l’air est du dioxygène, indispensable à la vie. Il est primordial que les élèves prennent conscience que l’air est naturellement présent partout dans notre environnement (cf. pas de volume ni de forme propre du gaz qui occupe tout l’espace).

L’air est un gaz incolore : il est donc invisible. Toutefois on ressent ses effets. Chez les enfants, de grandes confusions existent : le mouvement des feuilles d’un arbre est souvent cité comme exemple de source d’air ; de même, les enfants peuvent affirmer que « les poumons créent l’air car on souffle de l’air ».

L’air est de la matière. 1 litre d’air a une masse d’environ 1,3 g, ce qui équivaut à dire que 1 m3 d’air a une masse de 1,3 kg, à température et pression « ordinaires ». Pour mettre en évidence cette matérialité, on peut peser un récipient hermétique vide (un ballon par exemple) puis rempli d’air, en utilisant une balance dont la précision est suffisante.

Pression de l’air Comme pour tout gaz, on peut définir la pression de l’air, communément appelée par les météorologues pression atmosphérique dans des conditions usuelles. La pression d’un gaz correspond à la force exercée par les molécules (ou atomes dans quelques cas) de ce gaz par unité d’aire de la surface qu’elles viennent heurter (P = F/ S). Pour un volume donné, la pression est d’autant plus importante qu’il y aura beaucoup de molécules. Pour une quantité de molécules données, la pression est d’autant plus importante que la surface délimitant le volume contenant ces molécules est plus faible.




La pression atmosphérique représente le rapport de la force exercée par une colonne d’air sur un mètre carré de surface terrestre. La valeur de la pression atmosphérique doit donc être fournie avec l’altitude à laquelle on la mesure. La densité de l’air diminue fortement avec l’altitude en raison de la raréfaction de l’air, et donc la pression atmosphérique aussi (1 atmosphère au niveau de la mer et 0,7 atmosphère à 3 000 m avec comme conséquence une diminution notable de la température de vaporisation de l’eau : à 3 000 m d’altitude l’eau entre en ébullition à 90°C). Les variations de pression atmosphérique liées à l’altitude font que nos oreilles « se bouchent et se débouchent » et que les bouteilles en matière plastique contenant suffisamment d’air se creusent ou gonflent.

Pour une quantité de matière de gaz donnée, c’est-à-dire le même nombre d’entités constitutives :

à température constante, si le volume de gaz diminue (on comprime le gaz) alors la pression augmente (il y a moins d’espace pour un même nombre d’entités) ;

à volume fixé, si la température augmente alors la pression augmente (on augmente, par agitation thermique, le nombre de chocs des entités sur la surface délimitant le volume, c’est-à-dire la force exercée sur cette surface) ;

à pression constante, si on élève la température, alors le volume occupé par le gaz augmente : c’est le phénomène de dilatation.

Toutes ces propriétés résultent de l’assimilation de l’air à un gaz parfait1, qui peut alors être décrit par l’équation d’état P×V = n×R×T où P est la pression du gaz (en Pascal de symbole Pa), V le volume occupé par le gaz (en m3), n la quantité de matière de gaz (en mol), R la constante des gaz parfaits (8,31 Pa.m3.mol-1.K-1), T la température du gaz (en Kelvin).

Un peu de vocabulaireGrandeur, symbole, unité, valeur Une grandeur physique est une caractéristique d’un système, d’un état, que l’on peut mesurer ou relever à partir d’une référence. Chaque grandeur est représentée par un symbole (une ou plusieurs lettres). Toute valeur numérique d’une grandeur doit être accompagnée d’une unité : l’unité légale du système international (SI) ou une unité plus usuellement utilisée.

GRANDEUR CARACTÉRISTIQUE DE SYMBOLE UNITÉ SI UNITÉS USUELLESmasse la quantité de matière d’un objet,

d’une espècem kilogramme (kg) g, mg

volume l’espace occupé par un objet, une espèce

V m3 cm3, dm3, mL, L

température l’agitation à l’échelle microscopique des entités constitutives

T Kelvin (K) °C (degré Celsius) °F (degré Fahrenheit)

pression la force exercée par la matière sur une surface

P Pascal (Pa) hPa (hectoPascal), bar, atm

1. Le « modèle du gaz parfait » décrit un gaz au sein duquel les interactions entre entités sont considérées comme nulles. Un tel gaz n’existe pas en toute rigueur, mais on peut montrer que le comportement des gaz peut souvent être assimilé à un comportement de gaz parfait en première approximation. Il existe d’autres modèles de comportement du gaz plus réalistes.




Calculer et mesurerUne mesure se fait avec un appareil ou un dispositif spécifique donnant directement une valeur numérique de la grandeur à mesurer (une masse se mesure avec une balance, une pression se mesure avec un manomètre, une température se relève avec un thermomètre). Une mesure est toujours entachée d’une imprécision liée à l’incertitude de mesure intrinsèque de l’appareil et à la qualité de l’opérateur qui réalise la mesure.

Certaines grandeurs s’obtiennent par mesure indirecte qui nécessite un calcul : par exemple, le volume d’un cube d’arête a se calcule en appliquant la relation a3 après avoir mesuré la valeur de l’arête a (avec une règle par exemple).

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Qu’est-ce que la matière ?

Cette proposition d’organisation des apprentissages a été pensée de manière progressive et spiralaire :

Spiralaire : les trois approches (initiale, intermédiaire et en fin de cycle) ne sauraient être considérées comme une simple répartition sur les trois années du cycle 2. Un(e) enseignant(e) de CE1 pourra, si les élèves en éprouvent le besoin, organiser son enseignement en s’appuyant sur l’approche initiale. Un(e) enseignant(e) de CP pourra viser les approches initiale et inter-médiaire selon les potentialités et l’intérêt des élèves de sa classe. Ces approches permettent aussi de prendre en compte les classes à double niveau, en proposant selon les besoins des élèves, une reprise ou un approfondissement de l’approche antérieure et une sensibilisation de l’approche supérieure.

Progressive : l’approche en fin de cycle propose une comparaison des propriétés de l’air et de l’eau. Ainsi, les approches initiale et intermédiaire proposent d’aborder des propriétés simples de l’eau et de l’air qui pourront être réactivées et comparées en fin de parcours d’ap-prentissage.

APPROCHE INITIALE APPROCHE INTERMÉDIAIRE APPROCHE EN FIN DE CYCLEMettre en œuvre des expériences simples impliquant l’air.

Existence, effet et quelques propriétés de l’air (matérialité et compressibilité de l’air).

L’air existe

Observation de phénomènes natu-rels : la nature, le souffle et le vent

Observation et utilisation d’objets : ballons, foulards, seringues, éventails, pompes à vélo, manches à air, parachute...

Fabrication d’objets

L’air peut mettre en mouvement un objet.

L’air peut être transvasé / L’air peut être déplacé.

L’air peut mettre en mouvement un objet.

L’air peut s’opposer au déplacement d’objets.

L’air est compressible (expériences avec des seringues permettant de faire des mesures).

L’air est de la matière : comparaison de quelques propriétés étudiées avec l’eau à l’état liquide voire à l’état solide (avec des mesures).

Mettre en œuvre des expériences simples impliquant l’eau et des solides.

Un liquide, comme l’eau, peut être transvasée, de même que des solides (cubes, sable,…) : varier les contenants, observer la surface libre, …

Un solide, selon ses caractéris-tiques, peut flotter ou couler dans l’eau.

L’eau à l’état liquide peut mettre en mouvement un objet (observation/fabrication d’un moulin à eau,…)


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APPROCHE INITIALE APPROCHE INTERMÉDIAIRE APPROCHE EN FIN DE CYCLEReconnaitre les états de l’eau (voire d’autres matières) et leur manifestation dans divers phénomènes naturels.

L’eau peut se présenter sous plu-sieurs états (liquide, glace) : observation de phénomènes météorologiques (nuages, pluie, neige, grêle, glace)

L’eau peut changer d’état (solidifica-tion et fusion)

L’eau peut se présenter sous 3 états : liquide, solide (glace), gazeux (vapeur d’eau).L’eau peut changer d’état (condensa-tion, solidification et fusion)D’autres matières (huile, chocolat,…) peuvent changer d’état.Comparer et mesurer le volume et la masse de l’eau à l’état liquide et à l’état solide.Mesurer la température de changement(s) d’état de l’eau.

Mettre en œuvre son enseignement dans la classe





Fiche préparatoire pour aider le professeurÉducation à la santé

Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant Pour les élèves les plus jeunes, le mot « santé » est souvent associé à une situation, à un objet extérieur à eux-mêmes : carnet de santé, bulletin de santé, espace santé…

Les élèves plus âgés relient bien santé et individu, mais le terme « santé » est souvent caractéristique d’un état bien défini et en partie figé. Par exemple, on dit indifféremment untel est en « bonne santé », en « bonne compagnie ».

Difficultés provenant des idées préalables des élèvesLes jeunes considèrent la santé comme un acquis qui ne peut être remis en cause que par des faits, des actions dont ils ne sont pas responsables : maladies, accidents de circulation, accidents perçus comme des agressions de l’environnement, etc. Ceci a pour conséquence qu’ils pensent très souvent que des ennuis de santé n’arrivent essentiellement qu’aux autres. De même, ils ne se sentent pas concernés par tout dysfonctionnement organique dû à un état de vieillesse. Les enfants ne sont pas conscients qu’ils sont en partie acteurs de leur propre santé et que le maintien de leur capital santé dépend aussi de certains de leurs comportements : hygiène, alimentation, comportements à risque…

Quelques écueils à éviter lors des actions éducatives La santé n’est pas seulement l’absence de maladie ou d’infirmité. La définition de la santé donnée par l’OMS est ici précieuse : la santé, c’est l’état de bien-être physique, mental et social. Les agressions physiques et mentales sont inévitables. Les buts de l’éducation sont de fortifier la capacité de faire face à ces agressions. Tout en mentionnant les risques, les maladies et les dysfonctionnements, il est important de privilégier une approche résolument positive de la santé en insistant sur la notion de capital santé individuel, capital que chacun peut et doit apprendre à préserver.

Se méfier d’un excès de règles injonctives et culpabilisantes qui peut conduire à des attitudes de rejet et même à des comportements agressifs voire violents, notamment si les règles édictées sont en opposition manifeste avec le cadre de vie des jeunes. Favoriser en revanche les échanges avec des professionnels de santé, les parents, etc.


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Connaissances utiles pour comprendre et agir au niveau individuel L’éducation à la santé s’appuie sur trois domaines de savoir relatifs :

aux conséquences immédiates du comportement sur l’intégrité physique : la nécessité de protéger son corps implique non seulement l’évaluation et la mesure des risques liés à ses actions (lors des activités physiques par exemple) et dans ses relations à l’environnement (soleil, orage…) et aux autres, mais aussi la connaissance et le respect des règles de sécu-rité domestique, de sécurité alimentaire, de sécurité routière. La connaissance de quelques principes de secourisme (procédures d’alerte et sécurisation de la victime) permet d’aider les autres à protéger leur corps ; aux conséquences du comportement qui ne seront visibles qu’à long terme : pour maintenir le bon fonctionnement de son corps le plus longtemps possible, des règles de vie doivent guider le comportement quotidien et ce, depuis le plus jeune âge : - veiller à la propreté corporelle : peau, dents, cheveux, ongles, mains;

- diversifier son alimentation : les repas, pris à heures régulières, apportent des aliments bâtisseurs (viandes, œufs, poissons, produits laitiers et certains légumes comme les haricots et les lentilles), des aliments qui protègent (fruits frais, légumes cuits) et des aliments qui apportent de l’énergie (pain, pâtes, pommes de terre, sucres et matières grasses). Les matières grasses et les boissons sucrées consommées en trop grande quantité nuisent à la santé, tout comme une alimentation trop importante qui conduit à un surpoids ;

- équilibrer les temps de veille, incluant des temps réguliers d’activités physiques, et les temps de sommeil, au moins huit heures par nuit ;

- éviter l’exposition répétée à certains facteurs de l’environnement : soleil, niveaux sonores trop élevés, fumées liées au tabagisme passif ou non ;

aux conséquences des comportements à risques liés à la consommation d’alcool, de tabac et de drogues illicites.

EN SAVOIR PLUSQuelques informations sont utiles pour aborder les problèmes de santé publique. L’étude de données numériques fournies par l’Académie de médecine et l’Académie des sciences permet de tracer des graphiques et donnent des informations accessibles dès l’école primaire.

En 1900, l’espérance de vie, à la naissance, était de 45 ans pour les femmes et de 44 ans pour les hommes. Actuellement, elle est de 85 ans pour les femmes et de 80 ans pour les hommes. Cet allongement de la vie montre la qualité des soins (à relier aux progrès scientifiques), la qualité de l’environnement et la qualité de l’hygiène.

La mortalité en France entre 15 et 25 ans est plus élevée que dans les autres pays européens : les jeunes Français ont tendance à prendre des risques immédiats pour leur santé (par exemple, conduite trop rapide qui aboutit à des accidents de la route) mais ils prennent aussi des risques excessifs, néfastes à plus ou moins long terme avec la consommation de tabac, d’alcool, de drogues, un niveau trop élevé de décibels et des déséquilibres alimentaires.

Le recul de la mortalité précoce dépend essentiellement des modifications du mode de vie et des comportements de la population, c’est-à-dire de la somme des comportements individuels responsables. Prendre conscience entre 5 et 12 ans que les ennuis de santé ne sont pas unique-ment causés par les autres et la société, et donc de l’importance des comportements individuels et collectifs est un élément-clé de l’éducation à la santé.






Fiche préparatoire pour aider le professeurRôle et place des êtres vivants

dans leur milieu

Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant « Milieu » peut avoir différents sens : milieu d’un segment, milieu familial…

Difficultés provenant des idées préalables des élèvesLes élèves pensent que les êtres vivants d’un milieu sont indépendants les uns des autres. Ils n’imaginent pas que la compétition entre les végétaux soit possible. Ils n’acceptent pas spontanément que les animaux se mangent entre eux.

Quelques écueils à éviter lors des observations et des manipulations Veiller à ne pas dépasser le niveau de compréhension des élèves en présentant un niveau de complexité trop élevé.

Ne pas présenter des chaînes alimentaires en s’appuyant sur le sens de la prédation : le lapin mange l’herbe. Il faut indiquer le sens de circulation de la matière : l’herbe est mangée par le lapin.

Éviter de s’engager dans des « polémiques écologiques », car les élèves risquent de confondre les aspects politiques (appartenance à un parti) et scientifique, même si l’on doit faire percevoir l’importance de la protection des ressources vivantes (rubrique « Éducation à l’environnement »).

Connaissances Un milieu est caractérisé par les conditions de vie qui y règnent et par les végétaux et les animaux qui l’habitent.L’activité des êtres vivants s’organise en fonction des saisons. Chaque être vivant trouve dans son environnement les conditions nécessaires à sa vie. Les êtres vivants d’un même milieu dépendent souvent les uns des autres ; il existe, par exemple, des dépendances alimentaires. Les végétaux verts (ou chlorophylliens) constituent les premiers maillons des chaînes alimentaires. Ces chaînes s’organisent en réseaux d’alimentation ou réseaux trophiques. Par son action, l’homme modifie les milieux.




EN SAVOIR PLUS Les êtres vivants sont interdépendants. Chaque être vivant a un rôle et occupe une place précise dans un milieu (exemple : tous les êtres vivants sont les producteurs de leur propre matière, mais certains sont aussi des consommateurs, d’autres sont aussi des décomposeurs). Il existe une compétition entre les populations et entre les individus. Une population est un ensemble d’individus de la même espèce. Un milieu est organisé horizontalement et verti-calement. Par exemple, la répartition des êtres vivants varie en fonction de l’humidité, de la lumière… Un milieu évolue dans le temps (exemple : succession des espèces végétales sur un vieux mur, dans un terrain vague…).






Fiche préparatoire pour aider le professeurBesoins des végétaux

Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant Le terme « plante » (langage courant) a un sens plus limité que celui de végétal. Les plantes désignent communément les plantes à graines et à fleurs ainsi que les fougères ; les algues par exemple sont rarement appelées « plantes ». Étymologiquement, une plante est un végétal « planté », mais le terme est souvent utilisé pour tout végétal. Il convient de privilégier le langage scientifique.

Difficultés provenant des idées préalables des élèves Les élèves citent peu de critères du vivant à propos des végétaux, d’où l’importance de l’étude de leurs besoins. Un arbre n’est pas toujours comparable à une plante pour les élèves. Les élèves disent que les plantes « boivent » de l’eau : ils les arrosent en classe. Ils pensent souvent que les végétaux « mangent » dans la terre, car ils n’imaginent pas des besoins qui n’appartiennent pas à leur propre vécu (substances dissoutes, lumière…).

Quelques écueils à éviter lors des observations et des manipulations Les expérimentations doivent être motivées par un problème clairement formulé. Éviter de se contenter d’une seule observation pour tirer une conclusion.

ConnaissancesLes végétaux verts (chlorophylliens) ont besoin d’eau, de substances minérales (existant dans le sol ou qui peuvent être apportés par des engrais), du dioxyde de carbone (gaz carbonique) de l’air et de lumière pour vivre en fabriquant leur propre matière organique. Les végétaux qui ont des racines puisent l’eau et les substances minérales dans la terre. Ils captent la lumière et le dioxyde de carbone par les feuilles. L’eau circule dans les racines, les rameaux et les tiges. Les végétaux aériens perdent de l’eau au niveau des feuilles.




EN SAVOIR PLUSLa fabrication de matière organique par les végétaux verts grâce à la lumière (photosynthèse)

s’accompagne d’un rejet de dioxygène (oxygène).Par ailleurs, de jour comme de nuit, les végétaux verts respirent (absorption d’oxygène et rejet

de dioxyde de carbone). Cette respiration est masquée à la lumière par la photosynthèse.En agriculture, l’utilisation des engrais constitue un apport supplémentaire de substances

minérales dans le but d’augmenter les rendements.Les termes « dioxygène » et « dioxyde de carbone » correspondent à une nomenclature

chimique correcte de l’oxygène gazeux et du gaz carbonique présents dans l’air ambiant. Leur usage n’est cependant pas une nécessité à l’école primaire.






Fiche préparatoire pour aider le professeurÉlectricité

Difficultés provenant des liens avec le vocabulaire courant « Courant » est employé dans de nombreux sens : adjectif (une situation courante), verbe (en courant, je suis tombé), nom (courant d’eau, d’air…). « Conducteur » désigne aussi le conducteur d’une voiture. « Ferme la lumière » signifie en général « Éteins la lumière », alors que, en termes de physique, le courant circule lorsque le circuit électrique est fermé. Pour éteindre la lumière il faut, en termes de physique, ouvrir le circuit.

Difficultés provenant des idées préalables des élèvesL’utilisation de l’électricité est associée à la notion de danger. On s’appuie, en classe, sur cette idée salutaire pour rendre rationnels les comportements relatifs à la sécurité.

Les élèves les plus jeunes ne savent pas toujours qu’une source d’énergie (une pile par exemple) est nécessaire pour produire un effet. Ils sont habitués, dès le plus jeune âge, à agir sur un « bouton » (interrupteur ou bouton-poussoir) pour allumer une lumière ou mettre en marche un jouet. C’est celui-ci qu’ils imaginent être la cause première de l’effet obtenu. Dans les installations domestiques, deux fils conducteurs sont en général présents dans un même cordon. Les élèves ont ainsi l’impression que le courant est amené de la «prise» à l’appareil électrique par un seul fil, et est absorbé par l’appareil, sans idée de retour ou de circulation du courant.

Lorsque les manipulations faites en classe ont permis d’aborder la notion de circuit électrique, cette notion reste souvent associée à l’idée selon laquelle chaque borne de la pile envoie « quelque chose » dans l’ampoule dont la rencontre produit de la lumière, ou encore à l’idée selon laquelle le courant «s’use» en circulant dans le circuit (au lieu de considérer qu’un même courant circule, d’une borne de la pile à l’autre dans un circuit en série).

Les élèves associent souvent la propriété « être conducteur » à l’objet et non à la substance qui le constitue.




Quelques écueils à éviter lors des observations et des manipulations

Il est indispensable que les expériences soient réalisées avec des montages comportant des contacts électriques fiables ; il convient, en particulier, de disposer assez rapidement de supports pour les ampoules.

Au niveau de l’école primaire, les notions d’isolant et de conducteur sont des notions uniquement pratiques, liées au dispositif utilisé : si l’on utilise un appareil témoin peu sensible (ampoule), l’eau du robinet est classée comme isolante, les métaux sont classés comme conducteurs, alors qu’avec un témoin plus sensible (diode électroluminescente), l’eau du robinet peut être classée comme conductrice. Attention, on trouve maintenant des plastiques qui sont conducteurs de l’électricité.

Les activités réalisées avec des piles ne présentent pas de danger si ce n’est en cas de court-circuit prolongé (bornes de la pile reliées par un fil « parfaitement » conducteur) qui peut conduire à des dégagements de chaleur importants et à la détérioration des piles, laissant couler les substances corrosives qu’elles contiennent. Les courts-circuits peuvent se produire dans trois circonstances que le maître doit pouvoir contrôler :

lors des tâtonnements des élèves. Le maître doit les mettre en garde que s’ils sentent que la pile ou les fils deviennent chauds, ils doivent immédiatement débrancher ou le prévenir;

lors du rangement des piles. Ne pas les laisser « en vrac » mais les disposer correctement les unes à côté des autres ; préférer des boîtes en bois ou en carton aux boîtes métalliques;

lors du transport. Il est en effet fréquent de demander aux parents de prêter une pile pendant la durée de la séquence d’électricité. Au cours d’un déplacement, les piles peuvent se mettre en court-circuit dans le cartable (par l’intermédiaire d’un compas, d’une fermeture éclair…). Pour prévenir ces risques, il est conseillé d’envelopper chaque pile dans un sachet plastique.

ConnaissancesUne pile peut faire circuler de l’électricité (un courant électrique) dans une chaîne continue

et fermée, formée de la pile et d’objets conducteurs reliant une borne de la pile à l’autre (circuit électrique fermé). Dès que cette chaîne est interrompue, l’électricité (le courant électrique) ne circule plus du tout, y compris dans la pile. En revanche, lorsque l’on met ses doigts dans une prise électrique, on « ferme le circuit », ce qui présente un grave danger.

Le témoin du passage du courant électrique, à l’école primaire, est une ampoule montée en série dans ce circuit. C’est avec ce témoin que l’on classe les matériaux en conducteurs et isolants.

AttentionIl faut attirer l’attention des élèves sur le fait que l’on ne doit pas refaire à la maison, avec les prises de courant, les expériences faites en classe avec des piles




La réalisation de montages en série ou en dérivation ne s’accompagne d’aucune définition théorique. En revanche, il peut être demandé de dessiner le chemin que peut suivre l’électricité (le courant) et constater qu’à un circuit série correspond une boucle unique et qu’à des circuits dérivés correspondent autant de boucles qu’il y a de dérivations.

Une pile électrique comporte deux bornes qui sont notées + et -.Le passage de l’électricité dans le corps humain présente des dangers qui peuvent être

mortels.

EN SAVOIR PLUSTension de sécurité : en milieu humide, il est dangereux de soumettre le corps humain à une

tension de plus de 24 V. La tension du secteur (220 V) présente donc toujours des risques mortels : ainsi, est-il extrêmement dangereux d’utiliser un appareil électrique (séchoir à cheveux par exemple) avec les pieds dans l’eau.

Les piles débitent du courant continu qui, dans la partie du circuit extérieure à la pile, circule toujours de la borne + vers la borne -. Les centrales électriques qui alimentent les prises de courant, les alternateurs de bicyclette, débitent du courant alternatif. Cette distinction n’est à aborder à l’école primaire que par ses conséquences concrètes. (Comment placer les piles dans un appareil compte tenu du fait que les deux bornes sont électriquement différentes ? Le sens de rotation d’un moteur alimenté par des piles est-il affecté par le sens de leur branchement ?)

Dans le cas de circuits dérivés comprenant chacun une ampoule, chacune d’entre elles brillerait exactement comme si elle était seule, si la pile était ce que l’on appelle une source de tension idéale. Cette propriété n’est en fait qu’approchée en raison de l’énergie dissipée à l’intérieur de la pile1. Aussi, si l’on branche plusieurs ampoules en dérivation sur une même pile, chacune brille en général un peu moins que si elle était seule. Ce n’est pas le cas pour le secteur, plus proche d’une source de tension idéale. L’ampoule du salon brille comme si elle était seule, que les ampoules des autres pièces soient ou non allumées. Une pile est également non idéale en ce sens que son efficacité (tension à ses bornes en circuit ouvert) diminue au cours du temps même si elle ne débite pas, en raison d’une lente évolution des substances qu’elle contient.

Une pile consomme plus d’énergie (s’use plus vite) lorsqu’elle est reliée à deux circuits dérivés comprenant chacun une ampoule identique que lorsqu’elle est reliée à ces deux mêmes ampoules montées en série.

Inscrire son enseignement dans une logique de cycle





Comment reconnaitre le monde vivant ?

Connaitre des caractéristiques du monde vivant, ses interactions, sa diversité

APPROCHE INITIALE

APPROCHE INTERMÉDIAIRE

APPROCHE EN FIN DE CYCLE

IDENTIFIER CE QUI EST ANIMAL, VÉGÉTAL, MINÉRAL OU ÉLABORÉ PAR DES ÊTRES VIVANTS

Développement d’animaux et de végétaux

Observer un élevage, un espace naturel, un jardin.

Identifier une ou plusieurs fonctions.

Identifier les différentes caractéristiques du vivant (s’alimenter, se repro-duire…).Argumenter le vivant pour distinguer vivant de non vivant.

Le cycle de vie des êtres vivants

Identifier une étape du cycle de vie.

Identifier un cycle avec croissance continue. Identifier un cycle avec croissance discontinue (métamorphose).

Construire le cycle de vie d’un végétal (de la graine à la plante, de la fleur au fruit, du fruit à la graine).Construire le cycle de vie d’un animal,étude de deux cas :

Régimes alimentaires de quelques animaux

Identifier quelques régimes alimentaires d’espèces animales (végétarien, carnivore, omnivore).

Réaliser des schémas simples des relations entre organismes vivants et avec leur milieu.

Quelques besoins vitaux des végétaux

Identifier le besoin en eau. Identifier le besoin de lumière pour les végétaux verts.




APPROCHE INITIALE



IDENTIFIER LES INTÉRACTIONS DES ÊTRES VIVANTS ENTRE EUX ET AVEC LEUR MILIEU

Diversité des organismes présents dans un milieu et leur interdépendance

Constater la diversité des organismes présents dans un milieu.

Constater l’existence de relations.

Découvrir que les êtres vivants ont une organi-sation et des fonctions semblables.

Relations alimentaires entre les organismes vivants

Identifier et classer différentes relations alimentaires (un végétal mangé par un animal, un animal mangé par un autre animal).

Prendre conscience que les animaux dépendent des plantes pour se nourrir.

Identifier et classer les interactions en chaines, réseau alimentaire et la place des prédateurs.

APPROCHE INITIALE



IDENTIFIER QUELQUES INTERACTIONS DANS L’ÉCOLE

Déchets produits au cours d’une journée, à l’école, à la cantine

Identifier les rejets de papier et de plastique de la classe et la possibilité de recyclage.

Identifier le gaspillage alimentaire à la cantine et le devenir des déchets.

Repérer les déchets de la vie courante et connaitre leurs devenirs.

Reconnaitre des comportements favorables à sa santéAPPROCHE INITIALE



REPÉRER LES ÉLÉMENTS PERMETTANT LA RÉALISATION D’UN MOUVEMENT CORPOREL

Le rôle des organes dans un mouvement corporel

Repérer les organes inter-venant dans un mouve-ment corporel.

Nommer les organes intervenant dans des mouvements différents Décrire le rôle des princi-paux organes mobilisés.

Concevoir des modélisa-tions de mouvement de flexion/extension.

APPROCHE INITIALE



MESURER ET OBSERVER LA CROISSANCE DE SON CORPS

Constater la croissance et les changements morpho-logiques. Comparer les photos de classe de deux ou trois années succes-sives pour constater les modifications.

Mesurer taille et masse et les comparer à diffé-rents moments.

Repérer sur un graphe du carnet de santé où se situe l’enfant.




APPROCHE INITIALE



METTRE EN ŒUVRE ET APPRÉCIER QUELQUES RÈGLES D’HYGIÈNE DE VIE

Catégorie d’aliments, leur origine.

Identifier la variété des aliments.

Relier les aliments à leur origine.

Comprendre l’importance de la variété alimentaire dans les repas.

Les apports spécifiques des aliments.

Connaitre au moins trois types d’aliments différents.

Identifier les aliments, gras, sucrés et salés.

Notion d’équilibre alimentaire.

Être conscient de la néces-sité de consommation quotidienne d’eau, de légumes et de fruits frais

Identifier les effets d’une alimentation déséquilibrée

Effets positifs d’une pratique physique régu-lière sur l’organisme.

Prendre conscience des effets positifsd’une pra-tique physique régulière.

Rendre compte pour soi de ces effets sur l’organisme (sensation de bien-être, santé, développement physique…).

Habitudes quotidiennes de propreté (dents, mains, corps).

Mettre en œuvre les règles d’hygiène de vie : se laver, se laver les mains, se brosser les dents.

Faire la différence entre propre et sale, sain et malade.

Changements des rythmes d’activité quotidiens.

Identifier les différentes phases (sommeil, activité, repos…).

Mettre en relation son âge et ses besoins en sommeil.Comparer ces besoins avec la réalité individuelle.

Identifier les consé-quences du manque de sommeil.






Repères pour la mise en œuvre d’une séquence

Divers aspects d’une démarche expérimentale d’investigationLa démarche qui sous-tend le plan de rénovation des sciences et de la technologie à l’école obéit aux principes d’unité et de diversité.

Unité : cette démarche s’articule sur le questionnement des élèves sur le monde réel : phénomène ou objet, vivant ou non vivant, naturel ou construit par l’homme. Ce questionnement conduit à l’acquisition de connaissances et de savoir-faire, à la suite d’une investigation menée par les élèves guidés par le maître ;

Diversité : l’investigation réalisée par les élèves peut s’appuyer sur diverses méthodes, y compris au cours d’une même séance :

- expérimentation directe, - réalisation matérielle (construction d’un modèle, recherche d’une solution technique), - observation directe ou assistée par un instrument, - recherche sur documents, - enquête et visite.

La complémentarité entre ces méthodes d’accès à la connaissance est à équilibrer en fonction de l’objet d’étude.

Chaque fois que cela est possible, d’un point de vue matériel et déontologique, on doit privilégier l’action directe et l’expérimentation des élèves.

Le canevas ci-dessous a pour objet de donner des repères pour la mise en œuvre d’une démarche d’enseignement.

Il s’agit d’un document pédagogique opérationnel qui n’a pas la prétention de définir « la » méthode scientifique, ni celle de figer de façon exhaustive le déroulement qui conduit de la problématique à l’investigation, puis à la structuration. Apparentée aux méthodes actives, la démarche proposée pourra être comparée à celle qui est recommandée pour la résolution de problèmes en mathématiques. Par commodité de présentation, cinq moments essentiels ont été identifiés. L’ordre dans lequel ils se succèdent ne constitue pas une trame à adopter de manière linéaire. En fonction des sujets, un aller et retour entre ces moments est tout à fait souhaitable. En revanche, chacune des phases identifiées est essentielle pour garantir l’investigation réfléchie des élèves.




Canevas d’une séquence1

Le choix d’une situation de départParamètres choisis en fonction des objectifs du programme.Adéquation au projet de cycle élaboré par le conseil des maîtres du cycle.Caractère productif du questionnement auquel peut conduire la situation.Ressources locales (en matériel et en ressources documentaires).Centres d’intérêt locaux, d’actualité ou suscités lors d’autres activités, scientifiques ou non.Pertinence de l’étude entreprise par rapport aux intérêts propres de l’élève.

La formulation du questionnement des élèves Travail guidé par l’enseignant qui, éventuellement, aide à reformuler les questions pour

s’assurer de leur sens, à les recentrer sur le champ scientifique et à favoriser l’amélioration de l’expression orale des élèves.

Choix orienté et justifié par l’enseignant de l’exploitation de questions productives (c’est-à-dire se prêtant à une démarche constructive prenant en compte la disponibilité du matériel expérimental et documentaire, puis débouchant sur un apprentissage inscrit dans les programmes).

Émergence des conceptions initiales des élèves2, confrontation de leurs éventuelles divergences pour favoriser l’appropriation par la classe du problème soulevé.

L’élaboration des hypothèses et la conception de l’investigationGestion par l’enseignant des modes de groupement des élèves (de niveaux divers selon les

activités, de la dyade au groupe-classe entier) ; consignes données (fonctions et comportements attendus au sein des groupes).

Formulation orale d’hypothèses dans les groupes.Élaboration éventuelle de protocoles3, destinés à valider ou à invalider les hypothèses.Élaboration d’écrits précisant les hypothèses et protocoles (textes et schémas).Formulation orale et/ou écrite par les élèves de leurs prévisions : « que va-t-il se passer

selon moi ? », « pour quelles raisons ? ».

L’investigation conduite par les élèvesMoments de débat interne au groupe d’élèves : les modalités de la mise en œuvre de

l’expérience.Contrôle de la variation des paramètres.Description de l’expérience (schémas, description écrite).Reproductibilité de l’expérience (relevé des conditions de l’expérience par les élèves).Gestion des traces écrites personnelles des élèves.

1. Constituée en général de plusieurs séances relatives à un même objet d’étude.

2. Le guidage par le maître ne doit pas amener à occulter ces conceptions initiales.

3. Au sens large, incluant notamment un projet de construction.




L’acquisition et la structuration des connaissances Comparaison et mise en relation des résultats obtenus dans les divers groupes, dans

d’autres classes…Confrontation avec le savoir établi (autre forme de recours à la recherche documentaire),

respectant des niveaux de formulation accessibles aux élèves.Recherche des causes d’un éventuel désaccord, analyse critique des expériences faites et

proposition d’expériences complémentaires.Formulation écrite, élaborée par les élèves avec l’aide du maître, des connaissances

nouvelles acquises en fin de séquence.Réalisation de productions destinées à la communication du résultat (texte, graphique,

maquette, document multimédia).






Enseignement des sciences et maîtrise de la langue

L’oralL’initiative laissée aux élèves dans la conception des actions et dans l’organisation des confrontations permet d’installer dans la classe des échanges oraux chargés d’utilité et porteurs de sens.

L’expression parlée favorise une pensée à la fois réfléchie et spontanée, divergente, flexible et propice à l’invention. Ceci implique que les temps de parole s’inscrivent dans la durée grâce au questionnement de l’enseignant et à l’organisation du travail entre pairs.

De l’oral à l’écritLe projet développé par les élèves nécessite que certains éléments du discours soient fixés comme traces provisoires ou définitives, comme éléments de référence, comme notes et relevés, comme messages à communiquer.

En prenant appui sur l’écrit, la parole peut aussi s’assurer, être remodelée, réécrite, mise en relation avec d’autres écrits. La langue, vecteur de la pensée, permet d’anticiper sur l’action. Lorsque la parole précède l’écriture, le discours de l’élève passe d’un langage parlé nourri d’implicite à un langage plus précis, respectant la monosémie du langage scientifique et intégrant à l’écrit des formes variées : schémas, graphiques, alinéas, soulignements…

Dans la démarche qui sous-tend l’activité de la classe en sciences et technologie, le langage n’est pas l’objet d’étude premier.Mais dans les allers et retours que l’enseignant organise entre observation du réel, action sur le réel, lecture et production d’écrits variés, l’élève construit progressivement des compétences langagières (orales et écrites) en même temps que s’élabore sa pensée. Individuellement ou collectivement, en sciences, le langage est notamment mobilisé pour :

formuler des connaissances qui se construisent : nommer, étiqueter, classer, comparer, élaborer des référents, transmettre ;mettre en relation : interpréter, réorganiser, donner du sens ;faire valoir son point de vue : convaincre, argumenter ;interpréter des documents de référence : rechercher, se documenter, consulter.

L’expression des conceptions initiales des élèves pourra se faire aussi bien à l’oral que lors d’écrits individuels, mais ne sera bien souvent complète qu’à l’occasion de la mise en œuvre d’une première expérimentation. Celle-ci permet à l’enseignant de mieux cerner les théories im-plicites des élèves, et à ces derniers de mieux identifier la nature scientifique du problème posé.




Écrire favorise alors le passage à des niveaux de formulation et de conceptualisation plus élaborés.

L’écritL’écrit invite à objectiver, à mettre à distance. Produire des écrits pour d’autres nécessite de les rendre interprétables dans un système de référents qui n’appartient plus en propre à leur seul auteur, et donc de clarifier les savoirs sur lesquels il s’appuie. En classe de sciences, le travail de production d’écrits n’a pas comme visée principale de montrer que l’on sait écrire, mais bien de favoriser les apprentissages scientifiques de l’élève et de faciliter le guidage pédagogique de l’enseignant.

Les élèves sont invités, individuellement ou en groupe, à produire des écrits qui sont acceptés en l’état, et utilisés en classe comme moyens pour mieux apprendre.

Au-delà du texte narratif, très usité à l’école, on introduit d’autres usages de l’écrit. Ce rapport renouvelé à l’écrit présente un intérêt tout particulier pour les élèves qui n’ont pas spontanément envie d’écrire ou qui ont peu l’habitude de réussir dans ce domaine.

Écrire, pourquoi ?

Le carnet de sciencesIl appartient à l’élève ; il est donc le lieu privilégié de l’écrit pour soi, sur lequel l’enseignant n’intervient pas d’autorité ; mais c’est aussi un outil personnel de construction d’apprentissages.

À ce titre, il est important que l’élève garde son carnet tout le long du cycle : qu’il puisse y retrouver la trace de sa propre activité, de sa propre pensée, y rechercher des éléments pour




construire de nouveaux apprentissages, des référents à mobiliser ou à améliorer… Le carnet comprendra aussi bien les traces personnelles de l’élève que des écrits élaborés collectivement et ayant le statut de savoir, que la reformulation par l’élève de ces derniers écrits.

Toutefois, l’élève doit pouvoir ne pas tout garder de ses tâtonnements et de ses brouillons. Ses critères pour garder ou non une trace doivent concerner la pertinence de l’écrit par rapport à l’intention qui est la sienne, non la qualité intrinsèque de cet écrit en tant que telle.

Les écrits de statuts différents gagneront à être facilement repérables par l’élève : par exemple, chaque fois que possible, la synthèse de classe sera traitée sur ordinateur puis photocopiée pour chacun.

Dans la situation d’écriture en sciences, l’élève mobilise l’essentiel de ses efforts sur le contenu des connaissances en jeu et sur son activité (expérimentation, interactions…). Il intègre d’autre part des mots, des signes, des codes, spécifiques aux textes à caractère scientifique.

La nécessaire implication des élèves dans le travail doit amener l’enseignant à une tolérance raisonnée. Les compétences spécifiques liées à la production d’écrits en sciences se construisent sur le long terme.

Le va-et-vient permanent et réfléchi entre l’écrit personnel et l’écrit institutionnalisé favorise l’appropriation par l’élève de caractéristiques du langage scientifique :

représentations codifiées ; organisation des écrits liés aux mises en relation (titres, typographies, connecteurs…), en particulier à la relation de causalité ;usages des formes verbales : présent, passif.

Le rôle de l’enseignantL’enseignant apportera des aides sous des formes variées :

en réponse à une demande ; sous la forme d’un glossaire affiché construit au fur et à mesure des besoins, et relatif à un domaine identifié ;en proposant des outils pour garder trace des observations, tels que : - bandes de papier quadrillé, ligné, qui favorisent le passage au graphique,

- gommettes autocollantes de couleurs, qui favorisent la compréhension statistique (nuages de points),

- papier calque pour extraire les éléments jugés pertinents ou réutiliser tout ou partie d’un document antérieurement construit ou sélectionné au cours d’une recherche ;

- en proposant des cadres d’écriture pour guider sans enfermer :

- tableaux à double entrée,

- calendriers ;

en organisant la communication d’expériences ou de synthèses dans la classe et avec d’autres classes pour permettre aux élèves de tester l’efficacité de leurs choix ; en mettant à la disposition des élèves des documents, des supports d’analyse, des référents, écrits de forme complexe et dont l’usage est bien identifié ; Ces aides seront efficaces lors des confrontations.




Les écrits intermédiairesProduits par les groupes ou à la suite d’interactions entre élèves, ils permettent le passage du « je » au « nous », la généralisation (passage du « nous » au « on ») se faisant en général en classe entière, avec l’aide de l’enseignant. Ils permettent soit le retour de chaque élève sur son propre cheminement, soit l’élaboration de propositions pour la synthèse de classe. Ils sont enrichis par tous les documents mis à disposition des élèves.

Les documents de la classeIls s’appuient sur les écrits produits individuellement et par les groupes. L’enseignant y apporte les éléments d’organisation, de formalisation, qui permettent de résoudre les problèmes posés par la confrontation des outils intermédiaires entre eux.

Le niveau de formulation de ces documents sera compatible avec les niveaux de formulation du savoir établi que l’enseignant aura choisis.

Enfin, il est important que l’enseignant permette à chaque élève de reformuler, avec ses propres mots et supports, la synthèse collective validée. L’enseignant s’assurera ainsi du degré d’appropriation de la notion.

LES ÉCRITS PERSONNELS POUR

LES ÉCRITS COLLECTIFS DES GROUPES POUR

LES ÉCRITS COLLECTIFS DE LA CLASSE AVEC L’ENSEIGNANT POUR

exprimer ce que je pense dire ce que je vais faire et pourquoi décrire ce que je fais, ce que j’observeinterpréter des résultats reformuler les conclusions collectives

communiquer à un autre groupe, à la classe, à d’autres classes questionner sur un dispositif, une recherche, une conclusionréorganiser, réécrire passer d’un ordre chronologique lié à l’action, à un ordre logique lié à la connaissance en jeu

réorganiserrelancer des recherches questionner, en s’appuyant sur d’autres écrits préciser les éléments du savoir en même temps que les outils pour les dire institutionnaliser ce que l’on retiendra






Traiter le programmeLe monde du vivant

Connaitre des caractéristiques du monde vivantDistinction entre le vivant et le non vivant

COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSÊtre capable d’indiquer les principaux critères carac-térisant le vivant : les animaux et végétaux naissent, grandissent, se nourrissent, se reproduisent, meurent…

Être capable de différencier, à partir de l’ensemble des critères établis, les animaux des végétaux.

On définira progressivement les spécificités du vivant à partir de l’observation des animaux et des végétaux. Un objet ou un phénomène naturel qui semble présenter un des caractères du vivant n’est pas forcément vivant. Par ailleurs, la découverte de la matière, des objets et des matériaux offre une première approche concrète du non vivant.

Les stades du développement d’un être vivant (végétal ou animal)

COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSÊtre capable de repérer les manifestations du dévelop-pement : quantitatives (augmentation de la masse et des dimensions) ou qualitatives (larves, métamor-phoses).

Être capable de comparer et de décrire (verbalement et graphiquement) les changements d’un être vivant au cours du temps : naissance, croissance, métamorphose (pour certaines espèces), âge adulte, vieillissement, mort.

Être capable de construire une frise chronologique pour présenter les phases du développement d’un animal.

Être capable de comparer le développement de deux animaux différents.

Être capable de repérer la croissance discontinue et saisonnière des arbres sous climat tempéré.

On s’attache à repérer les principaux traits qui caractéri-sent ces différents stades, en cherchant à déterminer la nature des changements observés, leurs effets, la vitesse plus ou moins grande avec lesquels ils sur-viennent, l’apparition simultanée de certains d’entre eux.

On comparera des animaux à croissance continue par exemple, d’un petit mammifère) et discontinue (par exemple, croissance par mue d’un phasme et par métamorphose d’un papillon). On observe la croissance des végétaux (croissance en longueur des rameaux, en épaisseur du tronc).

L’observation régulière de cultures (en classe ou dans le jardin d’école) ou de petits élevages permet de distinguer les changements d’un être vivant au cours du temps : naissance, croissance, âge adulte, vieillisse-ment, mort. L’élaboration de la frise chronologique peut être complétée par l’analyse de séquences vidéo sur le développement des animaux. La notion de « cycle de vie » n’est envisageable qu’au niveau d’une population de même espèce, elle ne doit pas être utilisée pour l’indi-vidu, car elle ne rend pas compte du fait que la vie de l’individu n’est pas un éternel recommencement, mais est caractérisée par un début et une fin (la mort, terme inéluctable de son existence).




Quelques besoins vitaux des végétauxCOMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSÊtre capable de conduire une culture en mettant en évidence par des manipulations simples l’influence de quelques facteurs de germination et de développement, en particulier ceux dégageant les besoins des végétaux chlorophylliens.

Cette étude est l’occasion de mettre en pratique une démarche expérimentale en biologie.

Diversité du vivant et diversité des milieuxFragilité des équilibres observés dans les milieux de vie

COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSSavoir observer les animaux et les végétaux dans leur milieu (l’environnement dans et autour de l’école).

Savoir repérer les caractéristiques d’un milieu : humi-dité, sol, roches, lumière, orientation, température mais aussi présence de certains animaux et végétaux. Savoir observer les modifications des milieux selon les saisons.

Savoir identifier des modifications de l’environnement et leurs conséquences. Être capable d’identifier des espaces géographiques différents.

Au cycle 2, on se contente d’observer quelques manifes-tations des modifications de l’environnement. Toutes ces situations peuvent être l’occasion de développer une at-titude citoyenne : respect des lieux, impact de certaines attitudes sur l’environnement (lutte contre le gaspillage, tri des déchets pour recyclage), repérage de nuisances, protection de certaines espèces animales et végétales…

Reconnaître des comportements favorables à la santéLa croissance

COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSÊtre capable de décrire les manifestations de sa propre croissance.

Être capable de constater la consolidation d’un os, après une fracture simple, ou la cicatrisation d’une plaie.

Mesures régulières et évolution de la taille : mesurer, comparer et classer des bandes de papier à la taille de l’élève ; repérage et classement des nombres corres-pondants.

Les dents, l’alimentationCOMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSSavoir qu’il y a succession de deux dentitions. Connaître les fondements de la nécessité d’une hygiène dentaire (observation de caries, de dents saines). Identifier les principaux groupes d’aliments (fruits et légumes, viandes et poissons, produits laitiers, eau, graisses…) : classement et rôle.

Savoir que l’alimentation varie selon les cultures et les habitudes familiales.

On pourra s’appuyer sur des moulages réalisés en classe et des radiographies.

La connaissance de la grande variété des aliments permet de concevoir une alimentation équilibrée qui prend en compte les goûts de chacun, les traditions et habitudes familiales et culturelles. Ne pas oublier la notion de plaisir et de convivialité du repas.

Importance des règles de vie : habitudes quotidiennes de propreté, d’alimentation, de sommeil …

COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSÊtre capable de comprendre le fondement de quelques principes d’hygiène et quelques règles de diététique dans des situations du quotidien :

règles de propreté du corps (y compris des dents) utilisation de l’eau et du savon, nettoyage de plaies ou piqûres superficielles… échauffement avant l’effort, posture adéquates… reconnaissance et composition de menus équili-brés, protection de la peau et des yeux par rapport au soleil…

La pratique de l’hygiène corporelle est indispensable: elle doit en conséquence être justifiée et expliquée (on peut par exemple comparer le dégraissage avec ou sans savon…).

L’étude des menus et l’acquisition de quelques règles de diététique peuvent se faire en liaison avec la restau-ration scolaire.






Traiter le programme. Les objets techniques :

Circuits électriques alimentés par des piles, quelques montages en série et en dérivation, principes élémentaires de sécurité électrique

Circuits électriques alimentés par des piles : bornes, conducteurs et isolants

Quelques montages en série et en dérivation COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSÊtre capable de faire briller une ampoule dans un circuit série, en reliant une pile à une chaîne continue de conducteurs. Savoir que si cette chaîne est interrompue, l’ampoule ne brille pas.

Savoir réaliser un montage qui permet de classer différents matériaux en deux catégories : conducteurs et isolants.

Savoir allumer deux ampoules ou davantage à l’aide d’une pile. Savoir distinguer les deux types de circuits propriétés suivantes :

dans un circuit série, plus il y a d’ampoules, moins elles brillent ; quand on en dévisse une, les autres s’éteignent ; chaque ampoule brille moins que si elle était alimentée seule ;

dans le cas de circuits dérivés comprenant chacun une ampoule, si on dévisse une ampoule, les autres brillent encore ; chaque ampoule brille presque comme si elle était alimentée seule.

Être capable de mettre en évidence qu’une pile a deux bornes et que le fonctionnement de certains récepteurs est affecté par le sens de leur branchement aux bornes de la pile.

La notion de courant électrique (définition, mesure et sens), la schématisation codée selon les conventions en usage en électricité, les mesures électriques et les unités électriques ne sont pas au programme de l’école primaire. L’appareil qui met en évidence le passage de l’électricité est ici une ampoule.

À travers quelques circuits série ou dérivés, les élèves étendent la notion de circuit fermé et de chaîne continue de conducteurs électriques.

Exemples classiques : les moteurs à courant continu, les vibreurs, les diodes électroluminescentes.




Principes élémentaires de sécurité électrique

COMPÉTENCES SPÉCIFIQUES ACTIVITÉSReprendre et compléter les règles de sécurité des personnes et des biens normalement. Savoir qu’il est dangereux de remplacer une ampoule sans avoir coupé l’alimentation. Savoir que l’eau conduit légèrement l’électricité, suffisamment pour augmenter les dangers de l’électricité du secteur.

L’eau est classée parmi les matériaux isolants si on utilise seulement une ampoule pour la mise en évidence du passage du courant, ce qui est gênant compte tenu des objectifs de prévention contre les risques de l’électricité. L’objectif de connaissance visé par la rubrique ci-dessus ne se limite pas aux conditions de la réalisation de circuits simples. À travers la distinction entre isolants et conducteurs, les élèves se familiarisent avec une propriété physique essentielle de la matière.

De nombreuses situations problème sont possibles, faisant appel soit à un circuit simple, soit à un circuit en dérivation : équiper un placard de manière à ce qu’un vibreur retentisse lorsqu’on l’ouvre, installer un témoin lumineux près d’un interrupteur pour savoir si une autre ampoule est allumée, etc. La liste n’est pas exhaustive. De nombreuses expériences permettent également aux élèves de se demander pourquoi dans certains circuits série, l’ampoule brille plus que dans d’autres. C’est une occasion de faire des expériences comparatives avec contrôle des variables, c’est-à-dire de tester expérimentalement les hypothèses énoncées tout en ne faisant varier qu’une seule variable à la fois.

Les notions de conducteur et d’isolant sont reliées aux règles de sécurité (rôle des matériaux isolants, plastiques notamment, danger des parties dénudées).






Une graine, une plante ?

Un déroulement possible de la séquenceCette séquence se prête bien à la mise en œuvre d’une organisation temporelle intégrant les conséquences pédagogiques de la réforme des rythmes scolaires.

En effet, dans le cas présent, il est souhaitable de s’éloigner du schéma classique « une séance = une heure » : les 6 séances proposées peuvent présenter des durées très variables, allant de 20 mn à 60 mn. De plus, entre les séances, des phases très brèves d’observation de l’évolution des semis pourront être envisagées.

SÉANCES QUESTION DE DÉPART

DÉMARCHE SCIENTIFIQUE

ACTIVITÉS LANGAGIÈRES

Séance 1 De quoi a besoin une graine pour germer ?

Conceptions initiales

Hypothèses

Expérimentation

Analyse de résultats

Communication orale

Écrits et dessins individuels

Écrit collectif Séance 2

Séance 3

Séance 4 Comment les graines germent-elles ?

Observation continue et recherche documentaireÉlaboration d’un protocole expérimental

Acquisition de connaissances

Écrits individuels

Communication orale

Écrit collectif

Lecture

Séance 5

Séance 6

Séance 1 Que faut-il à la graine pour germer ? Conceptions initiales

Cette séance porte sur les besoins physiologiques de cet être vivant, c’est-à-dire sur les conditions1 de l’environnement nécessaires à son développement.

Les enfants cherchent à savoir de quoi la graine a besoin pour qu’elle réussisse sa germination. L’observation des différences dans l’évolution des semis amène les élèves à formuler « Qu’est-ce qui fait que certaines graines poussent plus vite que d’autres ? ».

1. On choisira au cycle 2 de ne traiter qu’un ou deux facteurs de la croissance (eau, nutriments), un travail plus complet sur les besoins des végétaux étant envisageable au cycle 3.




Individuellement

Dans un premier temps, l’enseignant demande à chacun d’écrire ce qu’il pense des besoins de la graine. Majoritairement la formulation « Peut-être que… » est utilisée par les élèves. Sur l’ensemble du groupe-classe, certains élèves n’émettent qu’une idée, d’autres plusieurs.

Collectivement

Dans un second temps, les idées des élèves sont mises en commun et deviennent « les idées de la classe2 ». Voici un échantillonnage de ce que peuvent proposer les élèves :

« Peut-être qu’il ne faut pas planter trop profond ? »« Peut-être qu’il faut les mettre à la lumière ? »« Peut-être qu’il ne faut pas trop d’eau ? »« Peut-être que ce ne sont pas les mêmes plantes ? »« Peut-être qu’il ne faut pas d’air froid ? »« Peut-être qu’il ne faut pas trop appuyer ? »

Chacun note les idées de la classe.

À la suite des questions formulées par les élèves, l’enseignant en retient une et la renvoie au groupe-classe. Dans cette séquence, la question retenue est « Peut-être qu’il ne faut pas trop d’eau ? ». Les séances suivantes découlent de ce choix, mais peuvent être adaptées à d’autres facteurs environnementaux.

Séance 2 Que faut-il à la graine pour germer ? Expérimentation

Les enfants mettent en place un protocole expérimental afin de vérifier si l’eau est un facteur nécessaire à la germination.

La question choisie est : « Peut-être qu’il ne faut pas trop d’eau ? ». Un débat s’instaure et la discussion tourne autour de l’expression « pas trop d’eau ». Certains élèves avancent que « pas trop d’eau » ne veut pas dire « grand-chose ». « On ne sait pas combien c’est, pas trop d’eau ! ». L’échange se poursuit, une idée est avancée : « Il faudrait dire pas d’eau et de l’eau ».

Le questionnement de départ devient : « Quand on met de l’eau est-ce que la graine pousse ou pas ? » et « Quand on ne met pas d’eau est-ce que la graine pousse ou pas ? ». Ces questions vont permettre aux élèves de travailler sur les conditions de germination des graines mais aussi sur une compétence méthodologique, la mise en place d’une expérience et d’une contre-expérience pour pouvoir comparer les résultats et affermir les conclusions.

Il est préférable de choisir, comme matériau expérimental, deux ou trois types de graines différents. Ceci permet de se rendre compte que les besoins pour la germination sont communs à toutes les graines.

2. Le choix d’une question peut être motivé par différentes raisons :

la faisabilité du point de vue du matériel et de la sécurité, de l’expérience sous-jacente ;la notion qui pourra être construite, en référence au programme ;les compétences méthodologiques qui seront mises en œuvre.




En petits groupes

En choisissant une serre adaptée à cette expérimentation (où il est possible d’isoler des secteurs sans eau), les élèves ensemenceront différentes sortes de graines, dans des secteurs avec eau et dans des secteurs sans eau, en notant sur la petite étiquette le type de graine, la date, l’heure et la présence ou non d’eau3 .

Les enfants schématisent le protocole expérimental sur leur carnet d’expériences en n’oubliant pas d’expliquer et de légender le dessin.

Séance 3 De quoi a besoin la graine pour germer ? Conclusion

Les élèves concluent sur les résultats qu’ils ont obtenus de leur expérimentation et rédigent leurs conclusions : pour germer, une graine a besoin d’eau ; sans eau, elle ne germe pas.

L’enseignant propose aux enfants d’analyser les résultats de l’expérimentation.

Collectivement

Au bout de quelques jours, on peut constater que dans les secteurs où il n’y a pas d’eau, les graines n’ont pas germé. Inversement, dans les secteurs ou les graines étaient en présence d’eau, des pousses sont apparues. Une ou deux petite(s) « feuille(s) » verte(s) sont apparues, le(s) cotylédon(s), ainsi qu’un petit système racinaire, blanc.

Il est alors possible de comparer les secteurs dans lesquels des graines de même nature ont été semées ; les élèves constatent alors que les plantules présentent des similitudes, et que des graines différentes produisent des plantules qui diffèrent sensiblement.

Individuellement

Chaque élève consigne, dans son carnet de sciences, les résultats de l’expérimentation de son groupe ainsi que les conclusions du groupe-classe.

Figure 1. Exemple de représen-

tation schématique expliquant le protocole

expérimental mis en place par la classe.

3. Il est important de s’assurer que les secteurs graines + eau ne souffrent pas de l’évaporation. On peut, soit poser un élément permettant de limiter l’évaporation, soit rajouter de l’eau jusqu’à un niveau que l’on contrôlera régulièrement




Il est possible de prolonger cette expérimentation sur l’eau comme facteur nécessaire à la croissance des végétaux4.

Séance 4 Comment les graines germent-elles ? Expérimentation

Cette étape va permettre de définir la germination comme le premier stade de développement d’une nouvelle plante à partir de la graine. Cette notion sera reprise au cycle 3 lors de l’étude des stades de développement d’un végétal à fleurs, que celui-ci soit une plante annuelle ou une plante vivace. À l’issue de la séquence, les élèves auront observé une transformation biologique et rendu compte par écrit des différents stades d’évolution d’un être vivant. Un premier prolongement est possible par la mise en parallèle de l’évolution de l’alimentation humaine et de l’évolution des sciences et des techniques.

Les élèves cherchent, à l’aide de semis, à savoir comment la graine se « réveille » et comment elle devient une plantule.

Collectivement

Des semis sont à nouveau organisés pour voir comment le germe de la graine se transforme en plante. Les élèves savent que, pour germer, les plantes ont besoin d’eau, eau qu’elles trouvent dans la terre que l’on arrose mais : « la terre nous gêne pour l’observation ». Quels dispositifs peut-on alors mettre en place pour s’affranchir de la terre ?

4. Plusieurs expérimentations sont envisageables, en voici deux exemples :

laisser se poursuivre la croissance, mais ne pas rajouter d’eau. Le niveau d’eau va baisser (voir note précédente) pour se garantir contre l’évaporation, puis la plantule va dépérir lorsque le niveau d’eau sera au plus bas. Pour se développer la plantule a besoin d’eau (et pas seulement la graine pour germer) ; laisser tremper les graines une nuit dans un verre d’eau puis les répartir dans des secteurs sans eau ; observer le lendemain. On voit « quelque chose » en train de sortir (la radicelle) de la graine. Si on n’ajoute pas d’eau, la graine ne se développe plus et finit par mourir. Si on ajoute ensuite de l’eau, elle ne repart pas.

Figure 2. Exemple de représen-

tation schématique rapportant les résultats

de l’expérimentation.




Aux élèves de proposer d’autres dispositifs afin que les graines restent dans une ambiance humide tout en pouvant les observer. L’enseignant peut aider les élèves dans cette recherche : semis sur du coton hydrophile (avec risque de pourriture des cultures) ; sur du papier filtre, du papier buvard ou mieux sur des plaques de polystyrène percées de trous – un pour chaque graine – et flottant à la surface de l’eau d’un bac.

Au cours de cette première phase l’enseignant peut également organiser, avec les élèves, les traces écrites5 de l’observation continue qui va être mise en route.

Individuellement ou par petits groupes

L’observation continue peut être proposée durant un quart d’heure environ (observation et traces écrites), en fonction de l’importance de l’évolution des semis, tous les deux jours pendant une semaine à dix jours.

Séance 5 Comment les graines germent-elles ? Exploitation des données

Les enfants découvrent que les organes qu’ils ont observés dans la graine ont tous un rôle bien défini : la racine se développe la première, elle se dirige vers le bas ; la tige feuillée se développe ensuite vers le haut ; les deux moitiés de la graine font office simultanément de « premières feuilles » et d’organe de réserves au sortir de la plantule.

Individuellement ou par petits groupes

Chaque élève, en autonomie, observe la frise (dessins, collages de plantes, diapositives, photos) qu’il a obtenue ou la frise collective et produit un court texte écrit qui correspond à son compte-rendu d’observation.

Collectivement

Exploitation en commun des travaux précédents c’est-à-dire description orale de l’évolution qui a été observée lors du développement du germe.

Un document vidéo montrant la germination en accéléré du pois ou du haricot, peut aider à la formulation de ces résultats. On peut aussi parvenir au même résultat à l’aide d’une succession de vues prises par un appareil numérique. Un document polycopié peut être utilisé à cette étape de la démarche : ce document reprend en plusieurs dessins les étapes d’une germination (petit pois ou haricot) et que les élèves annoteront collectivement ou individuellement.

Figure 3. Les différents stades de

germination. Nouveau Manuel de l’Unesco

pour l’enseignement des sciences © UNESCO 1973,

reproduit avec la permission de

l’UNESCO.

5. Plusieurs possibilités existent :

dessins des observations réalisées avec dates, mesures et en annotant les remarques faites individuellement ou par petits groupes ;photographies réalisées par l’enseignant ou les enfants ; à chaque observation, prélèvement et mise en herbier d’une graine en train de germer afin de réaliser une frise d’échantillons séchés permettant de suivre les différentes étapes de germination.




Individuellement

Des élèves peuvent reprendre le dessin de l’observation anatomique de la graine réalisé antérieurement et mieux décrire les différentes parties de la graine.

La notion de graine est maintenant installée6.

Séance 6 Le rôle de la graine. La graine et ses réserves Lorsque la notion de graine est acquise, de nombreux prolongements et évaluations sont envisageables à l’initiative du maître. Ils peuvent déboucher sur des activités collectives ou individualisées telles que l’observation d’autres germinations réalisées dans la classe, à la maison, rencontrées lors d’une sortie ou encore découvertes sur documents (livres, film vidéo, site Internet…). C’est l’occasion pour les élèves d’effectuer des comparaisons qui mettent en évidence similitudes et différences et sensibilisent à l’unité et la diversité du vivant.

Ces prolongements stimulent la curiosité des élèves vis-à-vis de leur environnement, de l’unité et de la diversité des êtres vivants ainsi que des relations de ces êtres dans un même milieu. De plus, des collections d’échantillons ou de documents de substitution (par exemple des photos) peuvent être réalisées lorsque les êtres vivants doivent être préservés. Dans le cadre d’une programmation sur le cycle 2 puis sur le cycle 3, et selon une logique spiralaire, ces séances peuvent comporter des prolongements possibles autour de deux thèmes : les réserves de la graine et le rôle biologique de ce que l’on appelle la forme graine.

Les élèves cherchent à déterminer l’importance du rôle spécifique de la graine dans la croissance des végétaux à fleurs et particulièrement le rôle socio-économique des graines alimentaires.

Il est possible de réaliser des expériences pour confirmer le rôle des réserves au moment du développement du végétal : on peut semer un germe sans ses réserves ou bien avec une seule moitié de graine.

Une expérience simple à mettre en œuvre visant à comparer les premiers stades de germination à la lumière et à l’obscurité pourrait être entreprise par la classe. Elle aurait pour avantage de montrer que l’exposition à la lumière n’est pas obligatoire, car la graine est pourvue des réserves nécessaires aux premiers stades du développement de la plantule. Cette expérience renforcerait l’idée que la graine est une forme de réserve.

Le développement de la jeune plante peut être suivi au-delà de l’utilisation de ses réserves : les élèves peuvent comparer l’évolution de jeunes plants qui poussent dans la terre ou sur un autre substrat (coton ou papier filtre). Ils peuvent noter par ailleurs à quel moment les jeunes feuilles verdissent. Toutes ces observations servent de points de départ, au cycle 3, à l’étude des besoins nutritifs des végétaux verts.

Les graines contiennent des réserves que l’être humain peut utiliser pour son propre compte. Il est possible, par exemple, de rechercher dans les menus proposés en restauration scolaire toutes les graines et semences consommées telles quelles (haricots, petits pois, pois chiches, lentilles…) ou après transformations (grains de blé).

Une liaison peut se faire avec l’histoire : les graines et semences ont toujours eu dans le passé une place importante dans l’alimentation humaine car des aliments déshydratés naturellement se conservent facilement lorsqu’ils sont à l’abri de l’humidité. L’évolution des

6. La graine contient un germe ou plantule et des réserves protégées par une enveloppe. Au cours de la germination la graine absorbe de l’eau. La plantule se développe en utilisant ses réserves : elle n’a pas besoin de terre, mais a besoin d’eau. Après le développement de la plantule la graine n’existe plus (cette remarque permet aussi de sensibiliser les élèves à la notion de phénomène biologique irréversible).




sciences a permis de développer des techniques de conservation de nos aliments (conserve et congélation), ce qui explique qu’actuellement notre alimentation est toujours très variée en toute saison.

Conditions de la mise en œuvre de la séquenceMatériel pour un groupe de 5 ou 6 élèves :

un corpus d’échantillons constitué d’éléments variés [des graines (lentilles, haricots, salades, cresson alénois, radis, fève, blé, maïs, « gazon », mélanges de graines pour oiseaux…), des éléments de nature minérale (litière pour chat, gravier…), des éléments de nature organique non vivante (grains de semoule, petites billes de bois…)] ; un bac en polystyrène (caisse d’emballage) et quelques récipients plus petits (bouteilles d’eau minérale coupées, faisselles à fromage blanc…) ;de la terre de jardin mélangée à un peu de sable ;quelques outils pour aider aux semis (petites cuillères, par exemple) ; un arrosoir ou un pulvérisateur – des tiges en bois ou en fil de fer pour servir de porte-étiquette ;une loupe à main (ou une loupe binoculaire) ; du coton hydrophile, du papier ou du papier buvard, quelques plaques de polystyrène provenant d’emballages ;des petits rectangles de carton et de la colle.

ConclusionCette séquence, très riche, ne nécessitant pas de matériel spécifique onéreux, peut être entreprise par tout enseignant de cycle 2. Les acquis cognitifs concernent uniquement la notion de graine : ils sont modestes mais ils doivent être rigoureux puisqu’au cycle 3 ils serviront de point d’appui au cycle de développement d’un végétal à fleurs.

Les compétences méthodologiques développées, liées à la mise en œuvre d’une démarche d’investigation sont déterminantes au cycle 2 : le jeune élève entre de lui-même dans une dynamique d’apprentissage stimulée par sa curiosité vis à vis de l’environnement et par son propre questionnement. Il se familiarise avec des démarches d’observation et d’expérimentation pour remettre en cause ses conceptions, pour vérifier ses hypothèses et construire, avec la classe, un ensemble de savoirs et de savoir-faire.

Précautions L’enseignant attirera l’attention des jeunes élèves sur la toxicité de certaines graines et de certains fruits (ricin, if, belladone, arum, morelle, douce-amère…) et les extraira de l’échantillon-nage si nécessaire. Le respect des règles élémentaires d’hygiène est primordial : se laver les mains et se brosser les ongles avec du savon si la terre est manipulée sans gants.

Caractéristiques du monde vivant, ses interactions, sa ...ien-epinay.circo.ac-creteil.fr/IMG/pdf/ra16_c2_qmon_1.pdf · CYCLE I QUESTIONNER LE MONDE I 2 Questionner le monde du vivant,

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