Centre Départemental de Ressources en Sciences de l'YONNE
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Rubrique PEDAGOGIE

La démarche d’investigation au cycle 3

Le 18 décembre 2017 - Bruno HENNOQUE

Enseigner

la démarche d’investigation scientifique au cycle 3



Les étapes de la démarche

Les grandes phases d’une démarche d’investigation type (Fondation "La main à la pâte : http://www.fondation-lamap.org/fr/page/62509/eclairage-pedagogique)

La phase de questionnement

Autour d’un phénomène ou d’une situation proposée par l’enseignant ou les élèves, naît une discussion collective en lien avec les représentations et questionnements de la classe. De la diversité des idées soulevées, de leur confrontation voire de leurs divergences, va se dessiner un problème que la classe aura à résoudre, une question d’ordre scientifique.
Toute la difficulté pour l’enseignant est de conduire la discussion qui amènera les élèves à prendre conscience du problème, de ce qu’ils cherchent à savoir ou à montrer. Pour cela, il encourage la communication entre les élèves et les guide dans leur réflexion : « Et vous, que diriez-vous ? Qu’en pensez-vous ? »

La formulation des hypothèses

En s’appuyant sur son expérience ou ses connaissances, l’élève donne des explications (exactes ou non). C’est en passant par l’investigation, via une recherche documentaire et/ou une expérimentation, que les élèves vont pouvoir confirmer ou infirmer ce postulat de départ. L’expérience vient alors, non pas comme une fin en soi, mais comme une nécessité permettant de tester la pertinence d’une hypothèse. La formulation des conceptions ou des hypothèses des élèves (ce qu’ils pensent savoir, ce qu’ils pensent comprendre et pouvoir expliquer d’un phénomène) peut être faite de façon individuelle ou collective :

- à l’écrit sous la forme d’un dessin ou d’un schéma légendé, d’un texte argumenté ; d’une liste élaborée collégialement.

- à l’oral, et prendre la forme d’une discussion collective argumentée entre les élèves.

La phase de recherche

Lors de cette phase, toujours guidé par l’enseignant, l’élève s’investit dans la recherche de solutions au problème posé. Il s’agit de mettre à l’épreuve les « hypothèses » retenues.
L’enseignant veille à ce que les modalités de recherche soient – le plus possible – trouvées par les élèves eux-mêmes, ceux-ci ne devant pas être de simples exécutants. Il peut parfois les aider, en cas de blocage, en leur présentant par exemple le matériel disponible.
Lorsque l’expérience n’est pas possible, la recherche documentaire, la modélisation, l’interview permettent aux élèves de valider ou de réfuter les hypothèses précédemment émises.

La structuration des savoirs

Le questionnement tient une place essentielle tout au long de l’investigation, qu’il s’agisse de poser un problème, d’interpréter le résultat d’une expérience, de confronter des points de vue… Il faut parfois plusieurs allers-retours entre questionnement et recherche avant de pouvoir répondre au problème et construire ainsi de nouvelles connaissances.
C’est lors de la mise en commun collective que la classe construit véritablement un savoir partagé. Le débat y tient une place primordiale. Cette mise en commun ne doit pas être vue comme un dialogue entre élèves et enseignant, mais comme un dialogue entre élèves, facilité par l’enseignant. Toute la classe participe à l’élaboration d’une trace écrite collective, qui fait consensus et qui résume ce qui a été appris et compris. Cette conclusion permet également de prendre de la distance avec l’activité réalisée afin de pouvoir commencer à généraliser et à conceptualiser.
La précision du vocabulaire devient ici centrale. Cette trace écrite collective est souvent textuelle, mais peut s’agrémenter d’autres formes de présentation : graphique, schéma, frise chronologique… Cette conclusion peut être apprise, voire mémorisée dans la formulation établie par la classe.

Note : la conclusion de la classe fait consensus… mais cela ne signifie pas qu’elle soit valable ! On peut être tous d’accord et tous se tromper ! Une étape essentielle, souvent oubliée, de l’investigation est la nécessaire confrontation du savoir construit en classe (nos conclusions) avec le savoir établi (ce que savent les scientifiques). Cette confrontation se fait à l’aide de livres, de documents… ou même avec l’enseignant qui est, lui aussi, dépositaire du savoir établi.


Trois exemples d’investigations en sciences au cycle 3 :

1. On a retrouvé des os... (SVT)

« Dans le bassin d’Autun, une équipe de paléontologues a retrouvé des os fossiles ensevelis dans le terrain. Le chantier est ouvert à des volontaires qui pourraient aider les scientifiques… Vous allez donc partir à la recherche d’os fossiles dans le chantier de Muse, à Dracy-Saint-Loup. Vous partez divisés en groupes. Vous allez tous chercher dans la même aire, mais pas tous ensembles. Une fois sur place, vous constatez que les fouilles ont déjà commencé et que le lieu est apprêté pour vous accueillir. Vous trouvez sur place le matériel nécessaire. Vous vous installez donc, et vous commencez votre travail de fouilles… »

Déroulé et modalités : Dans le contexte d’un jeu de rôle où ils incarnent des équipes de paléontologues (phase 1), les élèves observent un « objet » découvert, le dessinent et le décrivent afin d’en identifier les caractéristiques principales. Ils formulent des hypothèses quant à sa nature, à partir des caractéristiques observées (phase 2). Ils mettent alors en commun leurs données et confrontent leurs hypothèses (phase 3). Enfin, ils réfléchissent au travail des scientifiques, et à la façon dont nous faisons certaines choses en commun dans notre vie quotidienne (phase 4).

Durée : 2 h 30, à distribuer sur 3 à 4 séances

Matériel : Pour chaque groupe d’élèves :
• un jeu de fiches réparties en 5 enveloppes, à imprimer à partir des Fiches 1 à 3
• des livres de bibliothèque sur l’anatomie (les squelettes) d’animaux, et animaux disparus
Pour chaque élève : un exemplaire de la Fiche 4

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2. La boîte du pourquoi (Sciences/technologie)

L’enseignant dépose une boîte face à la classe. Il présente l’activité comme une enquête pour la résolution d’un mystère et pourra – éventuellement – scénariser cette introduction « comme dans une enquête policière » : « Une ou plusieurs boîtes mystérieuses ont été retrouvées. Il nous a été interdit de les ouvrir ou de les abimer – pour ne pas risquer de détruire des indices – mais on nous demande de les explorer pour chercher à en identifier le contenu… »

Déroulé et modalités : Les élèves sont mis au défi de trouver le plus d’information possible sur les objets contenus dans une boîte, sans l’ouvrir : ils mènent une première recherche en manipulant la boîte, en la sentant, en la secouant… et émettent des hypothèses à partir des observations faites (phase 1). Ils mettent alors en place des expériences permettant de tester les hypothèses proposées (phase 2), puis partagent et comparent leurs résultats (phase 3).

Durée : 3 h distribuées sur au moins 3 séances

Matériel : Pour chaque groupe d’élèves :
• 2 boîtes en carton, pas trop grandes
• Des objets de petite taille à cacher dans les boîtes (voir plus bas)
• Des instruments de mesure (mètre, balances…) et d’autres instruments permettant de révéler des caractéristiques spécifiques du contenu, comme des boussoles, des aimants,…
• Des objets variés, dont certains identiques à ceux contenus dans les boîtes, à mettre à disposition sur une table pour les expériences
• Un exemplaire de la Fiche 1


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D’après une idée de Stephan Petit du CERN de Genève :


3. La bouteille de jus de fruits qu’il nous faut (Technologie)

« Vous avez été sollicités par un producteur de jus de fruits pour concevoir une bouteille qui pourra contenir son produit. Le producteur souhaite vendre son jus de fruits à des jeunes sportifs. La bouteille doit pouvoir être emmenée facilement partout avec soi, et garder la boisson fraîche le plus longtemps possible. »

Déroulé et modalités : Pour répondre à un défi lié à la réalisation d’une bouteille de jus de fruits (phase 1), les élèves recensent et explicitent les contraintes que devra respecter leur futur objet technique. Ils traduisent ces contraintes en termes de propriétés des matériaux (phase 2). Ils procèdent alors au dessin de prototypes, puis les partagent pour converger vers une solution commune (phase 3).
Pour poursuivre dans le défi lié à la réalisation d’une bouteille de jus de fruits (phase 1), les équipes d’élèves améliorent les dessins de leurs prototypes, en lien avec les matériaux disponibles (phase 2). Ils procèdent ensuite à la réalisation de leur objet (phase 3), et font une présentation de leur projet devant la classe entière (phase 4).

Durée : 3 h distribuées sur 2 ou 3 séances

Matériel : Fournitures de dessin
• Divers matériaux
• De quoi découper, coller, lier (élastiques, ficelles, scotch…)
• Affiches pour présenter les prototypes.

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Mettre en place la démarche d’investigation en partant d’un défi...