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Éducation scientifique à l'école primaire : la matière

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Frédéric Kapala

on 15 October 2013

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Transcript of Éducation scientifique à l'école primaire : la matière

Curriculum
Une éducation scientifique à l'étude de la matière
à l'école primaire
(changements d'états)
Le curriculum, c'est « tout de qui contribue à l'instruction de l'élève », selon De Landsheere en 1976 : programmes, manuels, matériels didactiques, évaluations, formation des enseignants…
Le curriculum prescrit est une mise en forme des décisions politiques sous formes de ressources (textes imprimés, outils divers) par différentes « institutions » (ministère, maisons d'édition…).
Ce qui se joue au sein de la classe au cours des processus d'enseignement et d'apprentissage constitue le curriculum réel.
Cela se traduit, au cours du temps, par un parcours d'apprentissage réel de l'élève dont il faut expliciter les buts et les modalités, aussi bien globalement que disciplinairement.
C'est alors que l'approche curriculaire prend un caractère didactique (spécificité des objets disciplinaires).

Didactique curriculaire de l'éducation scientifique
à l'étude de la matière (changements d'états)

École maternelle
Cycle 2
Cycle 3
Collège
Lycée
Seconde générale
Post-Bac
Chimie, physico-chimie, science des matériaux…
Acteur de pratiques scientifiques
Production de savoirs scientifiques
Pratiques de recherches spécifiques ou non…
Détenteur d'une culture scientifique
Participation aux débats de société ; fondement de la confiance dans la parole des experts…

Participation aux prises de décision politiques

Parcours d'apprentissage de l'élève
connaissances / conceptions des élèves
Enseignements effectifs
Ruptures et continuités du prescrit
Conceptions usuelles
des élèves de l'école primaire sur la matière
Confusion entre le solide, le dur, le résistant ; objets, matériaux, matière : différenciation entre les propriétés spécifiques, les propriétés d'ensemble… ; les différents états de la matière comme différentes substances ; problèmes de disjonction masse-volume ; confusion air-vent ; assimilation air=rien ; confusion chaleur-température ; le « chaud » et le « froid » comme deux entités différentes ; modes de pensée animistes, essentialistes, anthropomorphistes… (> obstacles épistémologiques bachelardiens) ; confusion air / [eau sous forme de gaz] lors de l 'ébullition…
Expérimenter
L'air
Quels problèmes poser ?
Quelles connaissances atteindre ?
Les changements d'états
de l'eau
Quels types de savoirs et pratiques de référence ?
Mesurer des températures, des volumes, des masses… avec les instruments et les gestes adéquats
Des compétences didactiques
Savoir élaborer un scénario didactique qui constitue l'architecture de la séquence d'enseignement ; savoir prévoir quelles traces les élèves vont être amenés à produire (et leurs modalités de production) pour s'engager, proposer, réfléchir, conserver, organiser, synthétiser à des fins de cognition et de méta-cognition ; connaître les conceptions des élèves sur le sujet ; se donner comme objectif pour la séquence d'apprentissage le dépassement d'obstacles liés à ces conceptions ; savoir les faire émerger lors des phases de problématisation ; aider les élèves à élaborer des voies de résolution du problème ou leur permettre de choisir dans un répertoire le moyen de le faire ; savoir organiser les phases d'investigation ; savoir organiser les débats ; savoir organiser les synthèses ; savoir évaluer les compétences manifestées par les élèves.
Quelle place dans le parcours d'apprentissage ?
On peut faire l'inventaire d'un certain nombre d'éléments importants à la constructions desquels le travail sur la matière (ici les états et les changements d'état) contribue :
Installation de la permanence de la substance, prélude à la notion de corps chimique.
Description phénoménologique (phénoménographique) de la pureté.
Découverte et compétences de mesurage de grandeurs physiques (températures, masses, volumes).
Compétences méthodologiques scientifiques (séparation de variables).
Notions interdisciplinaires (SVT, Géographie…).
Critérier les propriétés des objets et des matériaux pour une première approche phénoménologique du concept de matière.
Étudier la constitution, la structure des objets et des matériaux en relation avec leurs usages et leurs utilisations.
La matière comme concept unificateur au sein d'une diversité de comportements.
Inventaire de matériaux et de matières.
L'eau, le vent.
Approche organique et fonctionnelle de systèmes mécaniques et électriques simples renvoyant aux propriétés de la matière.
Inventaire des états de la matière et caractérisation des conditions de changements d'états de l'eau pure.
Cinquième
http://eduscol.education.fr/pid23391/programmes-de-l-ecole-et-du-college.html
http://eduscol.education.fr/pid23391/programmes-de-l-ecole-et-du-college.html
Quatrième
Troisième
http://www.education.gouv.fr/cid51321/mene1007262a.html
Structure de la matière
Molécules
Atomes
Chimie thermodynamique
Chimie expérimentale
Analyse
Synthèse
Chimie des solutions
Propriétés des gaz
Mécanique quantique
Liaison chimique
Thermodynamique
Thermostatistique
Cristallographie
Physico-chimie
Chimie organique
Chimie inorganique
approche non-exhaustive
À la maternelle…
La causalité du vent
Caractériser les effets du vent, agent invisible à l'action « mesurable » : force et direction ; travail sur les matériaux capables de mettre en évidence ces caractéristiques (fabrication « d'arbres à vent », d'anémomètres…). Maîtriser les effet du souffle (peinture à la paille…).
Cycle 2 - début cycle 3
L'air est partout autour de nous
Faire la différence entre l'air (statique) et le vent (dynamique). Mettre l'air qui nous entoure en mouvement (donc de l'air nous entoure !), avec des « machines à faire du vent » (soufflets, pompes, éventails… pas de machines électriques !) dont le fonctionnement accessible est lié à la nécessité de la mise en mouvement de l'air statique présent tout autour de nous.
Cycle 3 :
l'air est de la matière
L'air exerce une pression, occupe l'espace : http://ife.ens-lyon.fr/publications/edition-electronique/aster/RA024-09.pdf
L'air est pesant et peut être pesé.
Cycle 1
Observation en continu des changements d'états solide<>liquide (travail sur la persistance de la substance) en lien avec les conditions qualitatives de ces changements (chaud/froid). Travail sur les propriétés de conduction thermique des matériaux dans le cadre de projets de fabrication.
Cycle 2
L'objet thermomètre et la mesure systématique des températures ambiantes intérieures et extérieures.
Les conditions mesurées de l'existence et des changements des états de l'eau (pure).
Dans un milieu dont la température est inférieure à 0°C, l'eau est solide ou devient solide ; dans un milieu dont la température est supérieure à 0°C, l'eau est liquide ou devient liquide.
L'eau solide ou liquide, dans l'état imposé par les conditions de température du milieu, prend à terme la température de ce milieu.
Cycle 3
Le changement d'état S<>L de l'eau (pure) « vu de l'intérieur » : constance de la température au cours du changement d'état (palier de température). Réflexion méthodologique pour mesurer la température « au cœur » de la glace. Connaissance et utilisation des propriétés du « mélange » réfrigérant : l'eau solide et le sel (solide).
Nomenclature des changements d'états.
Le changement d'état L<>G : vaporisation par ébullition et par évaporation de l'eau (pure). L'ébullition comme phénomène de masse, l'évaporation comme phénomène de surface. Les facteurs qui influencent la vitesse de l'évaporation (séparation des variables). Caractérisation phénoménologique de l'eau pure : palier de température et inexistence de résidu solide par vaporisation.
Application à la compréhension du cycle de l'eau dans la nature.
Séparer les variables
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