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GAR 2014 "Démarche investigation en STI2D"

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by

isabel JOVET

on 3 June 2014

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Transcript of GAR 2014 "Démarche investigation en STI2D"

GAR
Evolution des pratiques pédagogiques, pourquoi?
*Que mettre en place pour lutter contre le décrochage, voire l'échec des élèves, le découragement des enseignants?
La démarche scientifique...
Partir d'un problème...
Une D.I. quand?
Une D.I. est mise en place lorsque l'élève à une représentation initiale fausse, lorsqu'il n'a pas de solution toute prête en mémoire, que son schéma habituel ne fonctionne plus!
Conclusion
Restructurer certains TP en D.I.
Les questions que l'on se pose...
La D.I. en STI2D
des ressources sur Internet?
Les films proposés...
http://ww2.ac-poitiers.fr/rnrtechno/spip.php?article133&debut_page=1
OUI... mais plutôt pour le collège!
GAR
démarche
isabel.jovet @ac-strasbourg.fr
68300 SAINT LOUIS
*La motivation à apprendre ne se décrète pas...
*Au collège, le modèle magistral durant 55 minutes ne tient plus... En permanence interconnectés et à la fois dans une grande solitude les élèves ont développé des compétences d'interaction avec les autres...
*Technologie n°187 sept-oct 2013 "réveiller le désir d'apprendre
On installe des situations permettant à l'élève de se motiver...
Les courants pédagogiques
Modèle "transmissif": pédagogie frontale ou magistrale
Une situation dominante d'enseignement: le cours puis le TD, le TP...
Des TP "prémâchés"...
Des méthodes interrogatives à l'oral, à l'écrit..
Des méthodes démonstratives: le professeur montre, l'élève reproduit...
Le schéma électrique d'alimentation de la cafetière est donné (fichier PROTEUS)...
La formule du calcul de la résistance électrique aussi...
2014
2014
Une forme de "pré-requis" avant d'aborder la D.I. en STI2D, support de cette présentation:
Modèle comportementaliste (Behaviorisme)
- ajouter quelque chose d'agréable à faire faire
- enlever quelque chose de désagréable
Modèle "constructiviste"
"chaque fois qu'on explique quelque chose à un enfant, on l'empêche de l'inventer" (Jean PIAGET)
La classe inversée; la main à la pâte...
Une tête pleine...
On empile les connaissances...
Démarche déductive
Démarche inductive
du général (les lois) au particulier (application)

du particulier au général (les lois)
Placer les élèves en petits groupes pour qu'ils confrontent et argumentent leurs points de vue afin que les élèves "trouvent ensemble"
Modèle "socio-constructiviste"
issu d'un décalage entre la compréhension d'un problème et sa vérification
conflit cognitif:
ZPD: zone proximale de développement (Lev VYGOTSKY)
"zone dans laquelle un individu peut progresser grâce à l'appui de l'autre" (aide non excessive)
Proposé une explication...
mais bon sang, c'est bien sur!
Formaliser sous forme d'une loi
Résolution de problèmes similaires avec la loi trouvée
Observer et recueillir des indices...
Un fait
Analyse
Synthèse
Généralisation
Application
La démarche d'investigation: des phases structurées
L'oeil est un organe actif (il faut que quelque chose parte de l'oeil vers l'objet) et non un récepteur car on ne voit rien quand on est ébloui
L'électricité quitte chaque borne de la pile pour aller dans la lampe. C'est cette rencontre qui permet à l'ampoule de briller...
Exemples de faux schémas d'enfants:
En STI2D, les élèves ont aussi des conceptions initiales fausses
A nous de les repérer en les laissant établir leurs hypothèses...
De la rigueur: un temps pour l'investigation et un temps pour le formalisme...
Le questionnement lors de l'investigation, un nouvelle posture pour les enseignants
Supprimer les questions "stériles":
d'
La D.I. est certes chronophage...
Mais acquérir une nouvelle connaissance demande du temps
Nous oublions très vite l'effort que nous avons du fournir!
L'élève conduit son investigation. C'est sa responsabilité
- Comment s'appelle ceci?
- Qu'est-ce qu'une pile électrique?
Les questions dites "fécondes" sont des questions qui suscitent action et raisonnement:
- comment peux-tu expliquer.....?
- comment pourrait-ton faire?
- A ton avis, que se passerait-il si...?
- faire émerger les bonnes réflexions sans donner les réponses...
Le plus dur pour l'enseignant dans cette phase:
- ne pas se mettre en avant, montrer,... se taire
- repérer les conceptions initiales fausses des élèves...
Les questions que l'on
se pose vis à vis de la D.I.
et les réponses...
Et les TP...
on en fait quoi maintenant?
Les TP sont à "re-regarder" sous l'angle de la démarche d'investigation.
isabel.jovet@ac-strasbourg.com
Pour asseoir une nouvelle connaissance, l'élève doit la réinvestir dans un problème similaire
- Est-ce qu'une problématique est posée aux élèves au début du TP?
- Quelle notion les élèves abordent dans ce TP?
- La notion est-elle souvent mal comprise par les élèves?
- La notion est-elle introduite par des parties de "cours" ?
Ils constituent souvent de bonnes "synthèses" et "structurations des connaissances"
- Quelles hypothèses de résolution proposeraient les élèves?
Exemples de questions à se poser sur un TP existant:
- Quels démonstrateurs (matériels de recherche) pour l'investigation?
Pour remplacer le mode interrogatif écrit:
- La notion "investiguée" peut-elle être élargie à d'autres applications lors de la structuration?
SITUATION DECLENCHANTE
La problématique
Nouveau TP STI2D 2014 en cours d'elaboration vers une démarche d'investigation:
"disparition du vol MH370"
une zone de 600000km²...
Un avion peut-il disparaître des écrans de radar tout en continuant à voler?
Hypothèses élèves...
Investigation élèves:
Un radar détecte un avion de la manière suivante....
Synthèse
Structuration
STI2D - ETT
Laisser des initiatives aux élèves
Chercher les fausses représentations élèves
Ne pas se positionner lors de l'investigation élèves en "suivez-moi, faites comme moi..."
La synthèse-structuration est là pour ça...
La D.I. est une méthode structurée
etc...
GAR
2014
" chargeur à induction de brosse à dents"
D.I. en seconde EE-SI et Pass ingénieur"
isabel.jovet@ac-strasbourg.com
Préparer une D.I.
exemple: mélange entre KW et KWh - puissance et énergie électrique
Recharge
par induction
Boucle d'itération
2 outils à exploiter...
Situation déclenchante?
Point du programme?
Conflit cognitif?
Démonstrateurs,matériels?
Fiche préparation D.I.
PENDANT
APRES
Loi?
GAR
2014
Convertir
un TP
en D.I.
2- Première approche du TP en vue d'une D.I. : cerner la problématique, repérer éventuellement les parties de cours, analyser le questionnement élèves et les données fournies. Quelles connaissances les élèves ont ou n'ont pas suffisamment comprise?...
la problématique
Introduction
les élèves peuvent-ils réaliser le UC?
Connaissance des élèves sur les lois électriques en rapport avec la puissance -
prérequis acquis: P=UI
du cours
schéma
tout prêt sur PROTEUS
démarche utilisation logiciel et réglages...
liste de questions
Tout est indiqué pour la marche à suivre...
Asseoir les connaissances de la partie précédente
du cours
Schéma fourni du pont diviseur!
2ième itération: les élèves cherchent la solution pour répondre à l'alimentation du circuit intégré
Suite de questions
Les élèves déterminent les valeurs des 2 résistances par "essais-erreurs" sur PROTEUS ou par le calcul (ressources Internet)
calcul de la valeur maxi et mini de la tension en sortie du pont diviseur
schéma intensité = tension du courant fourni
Liste de questions
fichier fourni
Liste de questions
Valeur donnée...
une D.I. pourquoi? les freins, le concept...
exemple: réseau informatique (2EE-SI)
Un réseau: 2 postes connectés qui s'échangent des informations sans réflexion sur le codage...
Connaissance: transmission par câble, satellite, matériel de raccordement au réseau Internet
Le terme IP, données, numérique, analogique apparaissent rarement...
Un réseau avec de multiples raccordements
Connaissance: raccordement sur un noeud, transfert d'informations (parfois triées), bit...
Quelques connaissances sur la manière d'acheminer un message...
Connaissance: serveur, adresse IP émetteur et récepteur, découpage message, réseau local, signal numérique et analogique...
Problématique: Comment le message que vous envoyez en Chine via le réseau informatique arrive-t-il à la bonne adresse ?
Méthode type "POST-IT" - chaque élève sans accès à une ressource Internet dessine sa vision du réseau et du transfert d'un mail (1/4h à 1/2h)
En un 1/4h... une représentation
du schéma initial des élèves...
Position du professeur:
FACE A FACE...
Position du professeur:
COTE A COTE...
Position du professeur:
FAC A FACE avec beaucoup
de formalisme...
Je ne vais plus gérer mes élèves...
Une démarche d'investigation se prépare sérieusement.
Ce que l'on appelle AVANT-PENDANT-APRES.
AVANT: L'équipe émet la difficulté d'acquisition d'un concept pour les élèves. Elle réfléchit à une situation déclenchante éveillant la curiosité des élèves. Elle anticipe sur la phase d'investigation en émettant des hypothèses "élève" pour mettre à disposition le matériel utile en nombre suffisant...
PENDANT: L'enseignant cadre l'investigation avec un horaire de début et de fin. Il observe, veille à la prise de note des expériences effectuées, aide à la bonne utilisation du matériel, fait émerger des réflexions tout en maintenant la motivation des élèves (il retourne les demandes de réponse en questions positives). Il cadre le nombre d'itération...
APRES: C'est la phase de formalisation. L'enseignant appuie sa synthèse sur des expériences réellement faites par les élèves. Il structure les connaissances acquises. Il propose ensuite une situation similaire pour asseoir les nouvelles connaissances...
Un laboratoire de STI2D bien agencé est un gage d'efficacité lors de la phase d'investigation. Le groupe d'élèves dispose en effet de tous le matériel à portée de main
Limiter la D.I. à quelques concepts délicats
Il reste une trace pour l'élève sous forme de documents de synthèse, de structuration (à joindre dans son cahier d'expériences
L'élève peut compléter un "cahier d'expériences" qui sera sa mémoire de ses essais et conclusions en STI2D
Une note sur la capacité de l'élève à mettre en oeuvre ses expériences, à rebondir sur des échecs est peut-être à envisager
Restreindre le domaine d'étude
Conflit cognitif
L'élève doit changer sa perception pour appréhender la problématique
Jouer le rôle de facilitateur
Accepter dans cette phase d'être "cote à cote" avec l'élève
Hypothèses
AVANT
TP
Belkin
GAR
Situation déclenchante
Deuxième itération
STI2D: une série technologique à part entière

Avec ces nouveaux enseignements technologiques, la série STI2D devient une série qui répond complètement aux principes de l'enseignement technologique :
-
des méthodes pédagogiques à dominante inductive
appliquées à des objets d'étude concrets, comme alternative aux enseignements purement abstraits de la voie générale
Prévoir les premières hypothèses des élèves
et le matériel nécessaire...
Hypothèses des élèves (2 et 3ième itérations)
et le matériel nécessaire...
Garder des traces des expérimentations
photos, cahier d'expériences, ....
Ce qu'il faut retenir - synthèse et structuration
Production "élèves":
POST-IT
Premières hypothèses
Ces croquis nous montrent bien la "fausse représentation initiale" de certains élèves...
Saut cognitif: les élèves découvrent une onde ...
Et le rôle d'une bobine et de son nombre de spires...
L'analyse de l' APRES permet de cerner les problèmes de vocabulaire, de compréhension...
Et ce qui se trouve à l'intérieur du chargeur...
2 et 3 ième itérations
Vidéo expérimentation "élèves"
1- Remarques:
Le TP actuel sur le Belkin a fait ses preuves sous cette formulation. Il est le reflet d'une pédagogie assurant son bon déroulement au sein de nos élèves . En ce sens son efficacité n'est pas à remettre en cause en tant que TP
Les remarques émises ci-dessous sur le TP permettent de réfléchir à une autre structuration orientée "démarche d'investigation".
Les élèves devraient pouvoir créer un circuit résistif alimenter en AC, calculer la résistance nécessaire sur un appareil trouvé sur Internet
Le montage d'un pont diviseur n'est pas maîtrisé par les élèves mais ils ont entendu parlé de la loi des mailles et des noeuds (en physique, en ETT,...)
Fournir un document ressources d'aide pour l'utilisation de PROTEUS
lors de la structuration D.I. ?
lors de la structuration D.I?
ou structuration D.I?
du cours
Les élèves pourraient faire le circuit résistif (lampe temoin pas forcément utile?)
Ce raisonnement est-il envisageable en autonomie par les élèves?
P=UI et U=RI
Fournir un document ressources sur utilisation PROTEUS
Laisser les élèves finir leur raisonnement
Tableau lors de la synthèse?
Plus nécessaire si le calcul précédent a été fait en autonomie de reflexion
Information sur le circuit intégré
A fournir lors de la 2 ième itération?
Première itération: circuit + ampèremètre et voltmètre dans le circuit de puissance - calcul de la puissance électrique
Un point d'échange en cours de réflexion entre les groupes sera sûrement nécessaire (rappel de la loi des mailles par exemple)
3ième itération pour obtenir la valeur de l'intensité?
A faire plutôt lors de la structuration?
En structuration?
Lors de la structuration?
Lors de la structuration
Il en ressort:
3- Premières réflexions de structuration :
situation problème
: un appareil résistif dont on souhaite connaitre sa consommation (incluant sa puissance)
1 itération
: comment obtenir les informations (consommation, coût, CO2) de nos
appareils électriques - schéma électrique sur PROTEUS
2 itération
: à partir du circuit intégré de mesure ADE7753 , proposer une adaptation du schéma
électrique de puissance précédent
Synthèse 1ère itération
: règle de représentation d'un schéma électrique; branchement
voltmètre et ampèremètre; P=U.I et R=P/I²
Synthèse 2 ième itération
: pont diviseur - circuit commande et circuit puissance
Structuration
: intensité image de la tension - SysMl
Sur proposition IA-IPR: JJ OSTERMEIER
Organisation:
Bernard KEMPF
Chef des travaux
Lycée MERMOZ
Le TP constitue le plus souvent une bonne "synthèse" en D.I.
Le TP...
2014
Convertir un TP
en D.I.
TP
AR DRONE
"AVANT"
"démarche d'investigation en STI2D"
Remarque: Les conceptions initiales de nos élèves sont le plus souvent bien perçues par l'équipe enseignante lors de la préparation (la phase:AVANT) d'une D.I.
Ici, quelques élèves ont affirmé haut et fort une conception initiale non formulée lors de l'AVANT! Les phases "PENDANT" et "APRES" ne sont pas à négliger...
Fiche démarche investigation AR-DRONE
Première itération (hypothèses et essais)
Vitesse hélices proportionnelle hauteur souhaitée en vol stationnaire??
Présence d'un capteur de hauteur??
Portance et poids de l'avion??
4- Démarche investigation des élèves aboutissant au pont diviseur...
1ere itération: exemples de retour élèves
Structuration sur les symboles électriques des composants
2ieme itération: recentrage sur la réalisation d'un schéma électrique sur PROTEUS et l'utilisation du circuit intégré de mesure...
schéma avec récepteur résistif et appareils de mesure:
Conception initiale d'un groupe d'élèves...
Conception initiale...
Réflexion élèves sur le pont diviseur au tableau avec rappel de la loi des mailles...
Les 2 résistances apparaissent sur le schéma...
mais au détriment de l'alimentation du récepteur....
Un groupe a compris le pont diviseur....
Structuration des connaissances...
Laisser les élèves s'approprier le concept par un questionnement approprié
Construire une démarche d'investigation en 2de EE S-I...
Convertir un TP STI2D ETT en D.I, 2 exemples...
isabel.jovet@ac-strasbourg.fr
"PENDANT"
La synthèse reprend l'investigation des élèves
Le fil conducteur donne des points de passage aux élèves
Cet exemple de D.I. ne se veut pas exhaustif. Il apporte des pistes permettant d'appréhender une D.I.
Pour être complète la D.I. doit comporter des fiches détaillées de synthèse et de structuration "ce que doit retenir l'élève" (cette partie ne pose pas de problème particulier)...
Cet exemple de D.I. ne se veut pas exhaustif. Il apporte des pistes permettant d'appréhender une D.I.
Pour être complète la D.I. doit comporter des fiches détaillées de synthèse et de structuration "ce que doit retenir l'élève" (cette partie ne pose pas de problème particulier)...
Fiche de préparation synthétique fortement conseillée pour structurer une D.I.
"AVANT"
"PENDANT"
Démarche d'investigation en STI2D
isabel.jovet@ac-strasbourg.fr
Une D.I ... Les freins, le concept
la force de la démarche d'investigation est d'intègrer les 4 modèles suivant les phases de celle-ci
Situation problème: take off AR DRONE
Death Valley, au pays des pierres qui bougent...
"Take off" au ralenti (vidéo élèves)
Structuration au tableau du comportement du Drone
Exemples de fiches de préparation d'une démarche d'investigation
Fiche synthétique de la D.I
Autre formulation "fiche synthétique"
Fiche première itération (hypothèses élèves envisagées et matériels)
Fiche complétée dans les exemples ci-après...
(fiche issue de la D.I "chargeur à induction" en 2EE-SI)
Phase " AVANT"
L'enseignant est "côte à côte" avec ses élèves.
Il aide à faire émerger leur compréhension (facilitateur) et s'abstient de donner les réponses...
à partir du comportement du drone...
par analyse du TP
christophe. zislin@ac-strasbourg.fr
Le droit à l'erreur: l'hypothèse ne sera pas confirmée lors de l'investigation. Cependant la rigueur de la démarche avec un tableau et une courbe sur EXCEL, une vidéo au ralenti justifie une notation très positive du groupe
mais comment le montrer efficacement?
2 photos issues d'une vidéo élèves
Au début je n'ai pas compris cette manipulation! L'hypothèse n'était pas assez bien détaillée...
Et pourtant, en partant de l'hypothèse élèves que le drone est programmé pour une accélération des hélices jusqu'à la vitesse correspondant à la hauteur du take off, en maintenant le drone au sol celui-ci ne doit pas dépasser la vitesse de rotation lors du vol stationnaire. Sinon c'est qu'il y a un altimètre et une boucle d'asservissement...
Comment le démontrer?
Au sein du groupe, un élève féru d'aviation.... Cependant aucune investigation n'a été demandée! Un peu comme si la connaissance n'était qu'apprise!
par un sol qui bouge!
A faire retrouver par les élèves
Séminaire STI2D mai 2014 Colmar: préparation et déploiement d'une démarche d'investigation
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