ProjetDidabio-11-Chanson-Heimann-Zryd-Belbahri

Canevas pour le DidaBioloProjets-11 dans le cadre des ateliers de didactique de la biologie 2ème à l'IUFE

Projet dans le cadre du cours: Didactique de la biologie, 2ème année DidaBioloProjets-11

Projet dans le cadre du cours: Didactique de la biologie, 2ème année DidaBioloProjets-11

Auteurs du projet

Patricia ZRYD BELBAHRI
Frédéric CHANSON
Anouk HEIMANN

TITRE : OSMOSE

OBJECTIFS

Objectifs d'apprentissage de l'élève

1. Objectifs en terme de notions

a) Etre capable de définir les notions en lien avec le sujet: osmose, gradient, hypertonique, hypotonique, isotonique, perméabilité...
b) Etre capable d'expliquer les procédés osmotiques et pouvoir prédire l'effet d'un milieu hyper-, iso-, hypo-tonique sur une cellule animale, végétale, voire d'un ensemble de cellule.
c) Différence d'impact selon que la cellule soit dotée d'une paroi ou non (cellule végétale / animal).
d) Etre capable de transposer l'implication de ces phénomènes dans quelques exemples concrets concernant la santé (Cellules animales : conséquence d'une noyade en eau de mer, ou en eau douce et pourquoi. Facilité de réanimation dans un cas ou l'autre et pourquoi.Comment désaler l'eau de mer par osmose?) ou concernant les plantes (Cellules végétales : importance de l'osmose dans la régulation de l'eau de la plante...).

2. Objectifs en terme de démarche

Lors de cette situation (et déjà quelque peu via l'amorce), les élèves seront obligés de passer par un certain nombre de démarches, qui sont également des objectifs d'apprentissage.

Démarches scientifiques et capacités transversales

a) Les élèves doivent être capables d'observer et décrire des ''expériences
b) Les élèves doivent être capables de regrouper et classer les données d'observation récoltées de manière à pouvoir plus facilement les comparer et faire des liens entre elles
c) Les élèves doivent être capables d'émettre des hypothèses expliquant les résultats des expériences, ainsi que de les argumenter en groupe
e) Les élèves doivent être capable de communiquer par écrit (poster) et oralement leurs observation
f) Les élèves doivent être capables de transposer leurs apprentissages sous forme d'exercices (explication de schémas) pour finalement tenter d'expliquer l'amorce.

SITUATION PROBLÈME

A) Amorce

Exemple faisant sens et attisant la curiosité des élèves. Situation mettant les élèves en question et ayant pour obstacle la méconnaissance de l'osmose, diffusion passive de l'eau à travers les membranes cellulaires, et ses procédés.

Notre amorce : Faut-il saler la nourriture avant ou après cuisson ?

Nous avons posé cette question aux élèves suivie d'autres telles que: Qui cuisine de temps en temps à la maison? Cela dépend-il de ce que l'on cuit? Quelles sont vos pratiques et constats?...sous forme de discussion où les élèves sont libres de parler de leur expérience, exprimer leurs pensées et vécus durant quelques minutes. Ceci les met en implication directe dans le thème.
Ensuite, on leur donne un article parlant de ce débat, mais concernant les steaks à saler avant ou après cuisson (article trouvé sur internet et dont on ne donnerait que le début : lien sur l'article). Cet article raconte la petite histoire d'une famille qui débat sur le salage du steak, et personne ne s'entend sur la réponse à cette question. On ne leur donnerait donc que la partie débat, jusqu'au moment où l'article parle de Hervé This, qui a une réponse à cette question (sans leur donner la réponse). On les laisse à nouveau discuter quelques minutes sur la question concernant les steaks. On tente de leur faire ressortir la question essentielle : l'important, finalement, c'est de savoir quelle action a le sel sur les cellules du steak. (En passant, on peut rapidement leur parler d'Hervé This : savez-vous qui est Hervé This ? Selon leurs réponses, nous rappellerions brièvement qu'Hervé This est un scientifique-cuisinier connu faisant de la cuisine moléculaire. Quelques élèves auront forcément déjà entendu parler de Hervé This). Nous leur disons alors que, durant cette leçon, nous allons tenter de résoudre cette question sans l'aide de la réponse d'Hervé This, et en faisant l'expérience avec des pommes de terres (car le principe est le même, et les pommes de terre sont un outil expérimental plus aisé que le steak), et par l'appui de vidéo d'expériences sur le sujet.

OBSTACLES CONCEPTUELS VISES

Croire que c'est le sel qui se déplace au lieu de l'eau.
Difficulté de passer d'une observation macroscopique à microscopique et inversement dans le cas d'exemples pratiques et théoriques.

QUESTIONS ATTENDUES

- C'est l'eau ou les sels qui traversent la membrane ?
- Comment on fait quand il y a plusieurs couches de cellules ? C'est seulement la première couche qui subit ou toutes ?
- Pourquoi ça changerait entre une cellule végétale et animale ?
- On est plus fragiles que des plantes ?
- Est-ce qu'un poisson du lac meurt dans la mer ?
- C'est mieux de mettre du sel avant ou après quand on cuit des frites ?
- Y a pas des mots pour dire quand il y a la même quantité de sel ?
- C'est quoi notre milieu à nous ? C'est quoi la quantité de sel qu'ont nos cellules ?
- Mais alors, toutes nos cellules peuvent exploser si on se lave avec de l'eau distillée ? On peut mourir ?
- Qu'y a-t-il entre la paroi cellulosique et la membrane cytoplasmique d'une cellule végétale lorsqu'elle se trouve dans des conditions hypertoniques?
- Le sucre compense /annule l’effet du sel ?
- Quel est l’effet du sel ? du sucre ?

B) Partie pratique: en deux temps.

1. Déroulement :

1) Par groupe de 2 ou 3 (selon l'enseignant) : Expérience pratique (Expérience "des frites" en différents milieux : ces protocoles existent déjà et seront quelque peu modifiés/remaniés de manière à ne montrer que la "partie pratique" et "les questions" de la situation-problème). Ces expériences demandent une heure d'attente avant résultats. Durant cette attente, les élèves visionnent les "vidéos-expériences" sur le même thème : point 2).

2) Pour toute la classe en même temps* : "Vidéos-expériences" : Passage de séquences filmées (3 séquences pour la cellule végétale (oignon rouge) selon les 3 milieux ; 2 séquences pour la cellule humaine (globule rouge) + ajout de milieu iso et hyper tonique).

3) Premières hypothèses des principes de l'osmose à partir des vidéo-expériences.

4) Une fois le temps d'attente écoulé pour l'expérience 1), les élèves observent leurs résultats et les décrivent, en faisant attention à préciser les conditions expérimentales.

2. Questions de la partie pratique:

Expliquez les raisons de vos résultats expérimentaux (expérience frite ); Que se passe-t-il, au niveau cellulaire, selon le milieu (3 milieux testés) et pourquoi ?

C) Réflexion / hypothèse:

Par groupe, les élèves réfléchissent et essaient d'expliquer les raisons des résultats de leurs expériences sur les frites en analysant leurs observations en lien avec les conditions expérimentales de leurs expériences et en s'aidant de leurs notes sur les "vidéos-expériences". Ils émettent ensuite des hypothèses sur LEUR compréhension des résultats expérimentaux. Puis ils en créent des posters (1/groupe) en vue de soumettre leurs hypothèses sur la partie pratique à la classe.
Lors de la situation-problème, les élèves pourront utiliser les termes "plus salé", "moins salé", "autant de sel" pour exprimer les milieux hyper-, hypo- ou isotoniques, car ils ne connaissent (probablement) pas les termes scientifiques. Ces termes scientifiques substitueront les termes familiers lors de l'institutionnalisation.
Rôle de l'enseignant : recadrer, rediriger les élèves s'ils s'enlisent, sans donner de réponses directes.
Matériel : grandes feuilles A3 + stylos.

D) Mise en commun et Débat:

1) Les hypothèses-poster sont affichés dans la classe et soumis aux élèves : les élèves circulent d'un poster à l'autre et s'informent des hypothèses des autres.
2) Explication, argumentation, débat : Un premier groupe verbalise et explique ses hypothèses à la classe en argumentant. Le débat commence, dirigé par l'enseignant: les autres élèves prennent la parole pour donner leur avis, d'accord, pas d'accord, pourquoi, en argumentant également, confrontation d'idées. Le prof gère le débat et les prises de parole. Certains groupes se retrouvent dans les idées de ce 1er groupe : ils présentent alors assez rapidement leur poster. Puis on passe à un autre groupe ayant des idées totalement différentes (s'il y en a) : suite du débat.
3) A la fin du débat, les élèves (sous la direction de l'enseignant) décident des hypothèses plausibles.

E) Reformulation puis institutionnalisation par l'enseignant.

1) L'enseignant reformule les hypothèses plausibles en D)3) et les édicte comme savoir en donnant des documents théoriques ré-explicitant les principes de l'osmose. Ce faisant, l'enseignant rend les élèves attentifs au vocabulaire SCIENTIFIQUE utilisé dans ce cadre, passe en revue ce vocabulaire et le ré-explicite.
2) Temps de lecture du document par les élèves. L'enseignant demande s'il y a des questions quant au document.
3) Retour sur l'exercice de l'amorce : Les élèves donnent leur réponse spécifiquement à l'amorce (question du salage des steaks). Puis l'on donne aux élèves la réponse d'Hervé This, dont l'on parle ensemble par rapport à leurs propositions de réponse.
4) Phase d'exercices : Vérification de la compréhension par des exercices de différents types et niveau.

F) Planification dans l'année

Mi-février : Anouk
Mi-février : Frédéric
Environ fin janvier-début février : Patricia

G) Evaluation

1. Démarches de la situation-problème qui seront évaluées :
- Analyse et arguments qui expliquent les résultats d'une expérience (image avant/après; que s'est-il passé? Pourquoi?)
- Formulation d'hypothèse d'un résultat observé dans la nature non vue en cours (exemple: à quoi peut servir la vacuole pulsatile des paramécies qui vivent en eau douce?).

2. Évaluations des notions :
- Restitution de savoir (définitions, notions, vocabulaire)
- Savoir "dessiner" (modéliser) les 3 différentes situations : milieu iso, hypo et hyper tonique.
- Questions déjà traitées en cours lors des exercices.
- Savoir dire s'il s'agit d'une cellule végétale ou animale en connaissant le résultat expérimental selon le milieu appliqué.

3. Liens de l'évaluation avec les objectifs et les activités :
Parmi les objectifs en tant que démarche, nous avions édicté la formulation d'hypothèse et l'analyse d'observations, ce qui est utilisé dans les activités proposées, et que l'on testera dans une évaluation par le biais d'analyse de séquences d'images. Ces exercices d'évaluation seront en fait des arrêts sur images à des moments stratégiques des "vidéos-expériences", avec notion temporelle ajoutée pour que l'élève situe ces séquences dans le temps.
Par ces activités, nous voulions également que le sujet de l'osmose soit traité et que cette notion soit intégrée par le biais de l'expérimentation, puis consolidé par la verbalisation et des exercices incluant la compréhension de différents exemples de la vie courantes qui seront testés lors de l'évaluation.

4. Critères/indicateurs de la correction de l'évaluation :
Toutes les questions posées lors de nos épreuves sont communes à tous les trois. Cette manière de faire nous permettrait de pouvoir globalement corriger nos épreuves avec les mêmes critères/indices d'évaluation.
Pour homogénéiser notre correction, nous avons effectué un corrigé informatisé pour chaque exercice, basé sur le fond (explication, argumentation, compréhension) et la forme (terminologie, vocabulaire utilisés, expression écrite), pondérés de manière identique pour chaque exercice, avec pondération homogénéisée sur l'ensemble des exercices.

PASSATION EN CLASSE : OBSERVATIONS ET ANALYSES

Contexte scolaire :

- Frédéric : 2 classes d’apprentis en 2ème année « Ecole de commerce », mais de deux niveaux d’étude différents (1 classe de « D » et 1 classe de « MP » ; les MP sont d’un « niveau scolaire supérieur » aux D) ; Cours de Sciences naturelles (leur seule branche scientifique autre que les maths).
- Anouk : 3 classes de collégiens en 2ème année « Collège » ; Cours de Biologie DF.
- Patricia : 2 classes de collégiens en 2ème année « Collège » ; Cours de Biologie DF.

Amorce :

Nous avons pu constater que dans toutes nos classes l’amorce a généré la curiosité de la plupart des élèves. Comme indicateur de cela, une majorité d’élèves ont posé de nombreuses questions en rapport avec le cas pratique de l’amorce : « Quelle est la réponse ? C’est mieux de saler avant ou après ? Et les légumes ? Et les pâtes ? Est-ce que ça change réellement quelque chose de saler avant ou après? De quel type de steak parlez-vous?... ».
Non seulement ils ont posé des questions, mais ils ont exprimé leur propre manière de faire et, de là, ont réalisé leurs différences d’action face à ce cas, générant de minis-débats sur la manière de procéder et sur leurs raisons. Certains élèves ont relevé le fait que si l’on salait avant, la viande perdait tout son jus ! De là ont émergé d’autres questions : « C’est vrai ça, pourquoi elle perd du jus ? Est-ce que c’est vrai que la viande perd du jus si on la sale avant ? ».
Par leur comportement, questions, débat, les élèves nous ont montré qu’ils se sentaient concernés par cette question et qu’ils étaient curieux de la réponse. En ce sens, nous pouvons dire que notre amorce a bien rempli sa fonction de « mise en bouche » du thème à aborder et d’introduction de thème : l’osmose.
Nous leur avons expliqué que de travailler directement avec de la viande serait compliqué en classe, mais que l’on pouvait effectuer l’expérience avec d’autres aliments, comme les concombres et les frites, car le phénomène impliqué était le même pour ces aliments que pour la viande. Ainsi, on pourrait vérifier si l’aliment perd effectivement ou non du « jus » lorsqu’on le sale, faire d’autres expériences pour élargir notre vision du sujet, puis émettre des hypothèses sur les procédés impliqués.

Travaux pratiques :

Nous n’avons pas tous effectué exactement les mêmes expériences avec nos classes.
Les expériences communes à tous sont : Expérience des frites mises dans des milieux de tonicité différentes.

Expériences effectuées :
- Frédéric : 1) Expérience des frites avec d’un graphique mettant en évidence les différentes longueurs de frites selon le milieu dans lesquelles elles ont été plongées; 2) Expérience des concombres dans trois situations différentes : + sucre, + sel, témoin ; 3) Vidéos de globules rouges dans des milieux de tonicité différentes.
- Anouk : 1) Expérience des frites ; 2) Expérience des concombres dans trois situations différentes : + sucre, + sel, témoin ; 3) Démonstration de l’osmomètre (avec sulfate de cuivre(II) et eau) ; 4) Vidéos de globules rouges dans des milieux de tonicité différentes.
- Patricia : 1) Expérience des frites ; 2) Expérience sur la « diffusion » (« saucisse » avec membrane semi-perméable) ; 3) Observation au microscope de cellules d’oignons avec changement de la tonicité du milieu (dessins de cellules turgescentes et plasmolysées).

Traces et productions des élèves demandées :
- Frédéric et Anouk : posters papiers, exposés en classe, base de débat.
- Patricia : acétates, présentés par les élèves au rétroprojecteur, base de débat.

Formation des groupes :
- Frédéric et Patricia : groupes de 3 lors des travaux pratiques et pour la production de poster, groupes non prédéfinis à l'avance.
- Anouk : Groupes de 2 non prédéfinis à l'avance lors des travaux pratiques ; regroupement de 2 groupes (donc groupes de 4 : un groupe "fort" avec un groupe "faible") pour la réflexion et la production de poster.

Organisation/Gestion du travail en classe :
- Frédéric et Patricia : protocole pour chaque expérience, avec questions aidant les élèves à diriger leurs observations dans le but de pouvoir y réfléchir lors de la production des posters. Lors de la réflexion des élèves sur les expériences effectuées et la rédaction des posters, l’enseignant a passé dans les rangs, sans répondre aux questions des élèves, mais en tentant des les rediriger par de nouvelles questions ou en les rendant attentifs à certains résultats : L'observation des élèves a été dirigée par des consignes et questions, mais qui ne donnait pas de réponses.
- Anouk : protocole pour chaque expérience, avec questions aidant les élèves à diriger leurs observations dans le but de pouvoir y réfléchir lors de la production des posters ; réflexion des élèves sur les expériences effectuées et rédaction des posters faite de manière très libre : l’enseignant a donné une consigne générale, celle-ci étant de « expliquer tout ce que vous pensez avoir compris à partir des expériences effectuées » et de « retrouver les lois de l’osmose », ainsi que « d’expliquer avec vos termes le vocabulaire spécifique à la tonicité des milieux ». Le but étant de se sentir libre d’exprimer ses idées.

Nous avons essayé de laisser la plus grande autonomie pour toutes les classes, bien que le guidage pouvait différer d'un enseignant à l'autre, notamment dans la présence/absence de questionnaire. La formulation des consignes pouvait également influencer le cadrage des élèves en situation plus autonome. Le but recherché est que cette séquence permette plus de prise en charge par l’élève de son propre apprentissage (Andreucci, C. & Chatoney, M.).

Traces et productions des élèves obtenues :
- Frédéric : des productions /posters ont été obtenus uniquement pour la classe MP, de bonne volonté. La classe D a besoin de plus de temps (en général, depuis le début de l’année) que la classe MP pour effectuer les tâches demandées. De ce fait, la classe D est à peine arrivée à finir d’effectuer les expériences, et n'a pu que commencer à réfléchir sur les résultats de celles-ci, sans réussir à produire de traces. Pour la classe D, la planification aurait dû s’étendre sur un temps plus long (ce qui est toujours le cas pour les classes de D par rapport aux MP), mais cela n’était pas possible pour des raisons de gestion du programme.
- Anouk : des productions /posters ont été obtenus uniquement pour la classe du mardi, qui a activement participé et a été fière de produire des posters, de les montrer et d’en débattre (certaines parties ont été photographiées et intégrées dans un document de cours, ce qui les a rendu encore plus fiers). Les 2 classes du vendredi (les 4 dernières heures juste avant les vacances de février) n'ont produit aucun poster : en effet, si la séance de travaux pratiques convenait tout à fait à leur mentalité « avant vacances » et les a motivé, la réflexion sur les expériences et la production de poster ont été « de trop » face à leur « excitation pré-vacancière » (problème de gestion de classes avant vacances retardant les tâches planifiées). Le degré de liberté dans les consignes sur la production de poster n’était probablement pas approprié à des classes « excitées » par les vacances et peu en condition de travailler par elles-mêmes. Peut-être que des consignes plus dirigées, un cadre plus fermé, aurait permis à ces élèves de produire quelques traces. Remarque : l’expérience sur l’osmomètre a été un échec le vendredi, dû à des fuites de la membrane, et a embrouillé bon nombre d’élèves, ce qui a fait perdre encore plus de temps.
- Patricia : des productions/acétates ont été obtenus pour toutes les classes. Les classes étaient motivées par les travaux pratiques proposés, et chaque groupe a pu fournir un acétate et en débattre par la suite. Cependant, la classe des deux dernières heures du jeudi après-midi a été bien plus concise dans ses réflexions et rédactions. Après six à sept heures de cours (dont deux de physique juste avant), les élèves n'ont plus la même concentration que le matin, et des adaptations du cours doivent également être établies selon les classes auxquelles nous avons affaire.

Débat en classe :

Pour les classes de Frédéric et Anouk n’ayant pas produit de traces, le débat a été effectué en classe après les vacances par rappel à la mémoire didactique des élèves sur la séance précédente.
Pour toutes les autres classes, les productions et présentation des élèves (acétates ou posters) ont été une bonne base de débat et un bon moyen également de leur remémorer la séance précédente.
Dans tous les cas, nous sommes tous trois d’accord sur le fait que, avec ou sans production des élèves, les expériences effectuées, basées principalement sur leurs observations et faites de manière assez libres, sont restées bien ancrées dans la mémoire des élèves. Lors des débats, nombreux ont été les moments où les élèves s’y sont référés et les ont rappelé pour discuter du sujet.
Concernant l’expérience sur les concombres/frites, les élèves émettent très rapidement l’hypothèse suivante : « le sel attire/pompe l’eau », puis « le sucre aussi ». Certains élèves font un parallèle avec le cours de chimie, disant que certaines substances sont capables d’attirer l’eau (les composés hygroscopiques) et croient alors que seuls certains composés sont capables d’attirer l’eau, ce qui est manifestement le cas du sel et du sucre dans le cas qu’ils observent.
Ceci est un nouvel obstacle auquel nous n’avions pas pensé. En effet, certains risquent alors de penser que l’effet observé de l’eau sortant du nutriment est une conséquence du TYPE de soluté mis en contact avec le nutriment et non de la tonicité de n’importe quel soluté.
Ainsi, dans toutes les classes, la fin du débat a permis d’édicter un certain nombre de « lois » sur l’osmose, de reformuler certaines explications et de traiter du vocabulaire spécifique à l’osmose. Pour finaliser le débat, un retour a été fait sur la question « du salage du steak ». Selon les classes, certains élèves avaient complètement oublié le cas de l’amorce, alors que dans d’autres classes, ce sont les élèves eux-mêmes qui ont relancé cette question. La réponse de l’article a été distribuée aux élèves. Les élèves, dans la majorité, ont été déçus de la réponse très vague à l'amorce et ont trouvé que la réponse de l’article ne répondait pas réellement à la question. En fait, elle ne répondait pas à leurs attentes, car la réponse n'est pas tranchante. Nous avons donc rediscuté quelque peu cette réponse avec eux.

Institutionnalisation :

Les conclusions des débats ont été utilisées pour initier l’institutionnalisation.
Le cours sur l’osmose (différent pour chaque enseignant) a été distribué à chacun.
Les élèves ont souvent fait par eux-mêmes des liens entre la théorie et les expériences faites en classe. Nous l'avons tous constaté par leurs remarques du type "ah oui, quand on avait mis X dans tel ou tel milieu, cela donnait...". Cependant, bien que les élèves se soient construit leur théorie, qu'ils l'aient expliquée et débatue avec leurs mots, ce moment d'institutionnalisation est importante pour mettre des termes sur les situations, pour recadrer les acquis que les élèves doivent avoir pour l'évaluation, sans oublier que pour de nombreux élèves, seul ce qui est dit par l'enseignant est valide.
Une fois le cours théorique passé en revue, un bon nombre d'exercices de cas pratiques ont été traités en classe.
A ce stade, nous avons tous eu le sentiment que les élèves avaient assez bien compris les notions traitées et leur utilisation et mise en lien avec les cas pratiques choisis lors des questions.
Concernant la question de l'amorce, nous l'avons tous traitée en fin de débat plutôt que lors de phase d'institutionnalisation.

EVALUATION: OBSERVATIONS ET ANALYSES

Tâches effectuées en rapport avec les questions d'évaluations :

- Travaux pratiques et situation-problème
- Séquences vidéos de cas pratiques montrés et discutés en cours
- Exercices sur les adaptations des animaux (macroscopique. Ex : poissons...) ou types de cellules (microscopique. Ex : cellules végétales, animales (paramécie)) à différents milieux.

Types de questions et Compétences testées à travers les questions d'évaluation :

Type de questions	Compétences testées
Questions de savoir	Identifier, rappeler, lister, reconnaître, ou légender (niveau 1 de la taxonomie de Bloom)
Questions de compréhension	Décrire ou expliquer avec ses propres mots, re-dire, or résumer (niveau 2 de la taxonomie de Bloom)
Questions d'application	Prédire un effet en utilisant plusieurs informations ou concepts ; utiliser l'information dans un nouveau contexte (niveau 3 de la taxonomie de Bloom)
Questions d'Analyse	Inférer; Comprendre comment les éléments sont en relation l'un à l'autre et avec le processus dans son ensemble (niveau 4 de la taxonomie de Bloom)

La majorité des exercices que nous avons proposés lors de l'évaluation restent majoritairement dans ces trois premiers niveaux de la taxonomique de Bloom (Table de de Crowe, A., et al. (2008)). Le niveau 4 de la taxonomie de Bloom a été également évalué dans le cadre de plusieurs questions, mais moins que les 3 premiers niveaux cités ci-dessus.
Les deux dernier niveaux de taxonomie de Bloom n'ont pas étés évalués lors de notre évaluation (niveaux 5 et 6, non présentés ici : Questions de synthèses et d'évaluation, mobilisant les compétences "créer, déterminer/critiquer").

Analyses à propos de l'évaluation

Pour toutes les questions de savoir et compréhension (2 premiers niveaux de taxonomie de Bloom), questions demandant des réponses-textes courtes (Table de de Crowe, A., et al. (2008)), quasiment tous les élèves ont répondu de manière correcte. En effet, les termes hyper, iso-,hypotonique ont bien été intégrés par les élèves, cependant il reste des imprécisions quand à l'explication de l'osmose.
Lors de ces questions où les élèves doivent prouver leur compréhension du sujet (niveau 2 de la taxonomie de Bloom, Table de de Crowe, A., et al. (2008)), les imprécisions lors de l'explication de certains phénomènes osmotiques ont parfois révélé un manque de compréhension de concepts ou de termes.
En effet, certains d'entre eux sont restés sur leur idée que le sel absorbe l'eau, d'autres sont imprécis quand à l'explication du sens dans lequel va l'eau. Les phrases semblent justes mais sont parfois incomplètes dans la précision des arguments. Ceci ne semble pas être un problème de compréhension, mais plutôt un problème de formulation écrite sur laquelle nous devons continuer à travailler avec d'autres sujets. Ce qui nous conforte dans l'impression que les élèves ont compris est que la majorité des élèves ont été capables d'émettre des hypothèses cohérente par rapport à la théorie sur une situation concrète et non vue précédemment en cours.
Le fait que les élèves donnent des explications orales leur permet de montrer sur les schémas les mouvement de l'eau, et non pas de le formuler de manière écrite. Bien qu'il y ait eu reformulation par l'enseignant lors de l'institutionnalisation, les élèves qui pensaient que comprendre suffisait pour expliquer ce sont vu formuler des réponses et arguments incomplets.
Dans l'ensemble, nous concluons que ce thème a été bien compris. Il reste cependant souvent des problèmes de précision du vocabulaire utilisé. Certains élèves ont parfois du mal à aller jusqu'au bout de leur réflexion, depuis les effets jusqu'aux causes, et restent dans la description de faits plus que dans l'explication de faits. Mais nous remarquons également que ce genre de problème est plutôt dépendant de l'élève et non du thème.

ANALYSE GLOBALE DE LA SEQUENCE

Quelques points forts et points faibles sont ressortis de notre situation-problème. Le fait de relever les points faibles d'une séquence quelle qu'elle soit est, selon nous, une étape importante pour tout enseignant de manière à ce qu'il puisse faire évoluer son enseignement et tenter de l'améliorer, en prenant en compte ses erreurs ou faiblesses lors des enseignements déjà effectués.

Points forts :
- La curiosité des élèves a été éveillée.
- Une grande diversité dans les activités proposées, permettant de maintenir l'attention de chaque type d'élève (audio, visuel, écrit).
- Une autonomie des élèves augmentée (par des travaux moins dirigés qu'à l'habitude, des consignes moins directives).
- Préservation de l'énergie (et la voix) de l'enseignant.
- Obstacle des élèves mieux cernés/décelés.
Les premières théories proviennent des élèves, permettant à l'enseignant de mieux déceler les obstacles à franchir pour les élèves. Ceci permet ainsi de mieux cerner les points sur lesquels l'enseignant doit se focaliser lors de l'institutionnalisation.

Points faibles :
- Réponse à l'amorce : pas assez tranchante : déception des élèves, estimant que la "réponse" ne répondait pas vraiment à la question.
- Le guidage des élèves : gestion de la tension "autonomie-cadrage" pas toujours efficace.
- Adapter la séquence selon le niveau des élèves : ne pas fixer les mêmes objectifs d'apprentissage pour les classes de niveaux différents.
Selon les classes, le "juste milieu" n'a pas toujours été trouvé lors du cadrage/guidage des élèves. Cette séquence permettait plus d'autonomie, mais cette autonomie doit être cadrée, ce qui n'a pas toujours été le cas. Il reste donc encore du travail à effectuer sur les consignes également, pour mieux guider les élèves, tout en les laissant autonomes. Cette autonomie doit être gérée, et le niveau des élèves (MP, apprentis, collégiens) doit également être pris en considération.

En quoi notre séquence est-elle (ou n'est-elle pas) une situation problème (selon les critères d'Astolfi)?

Notre séquence d'enseignement est organisée autour du franchissement de 2 obstacles qui ont été préalablement bien identifiés. Ces obstacles ont été évalués comme franchissables par les élèves tout en opposant suffisament de résistance (zone proximale de développement). Cependant, il s'avère qu'un obstacle imprévu a compliqué la tâche de certains élèves. L'identification des obstacles, étape essentielle de la préparation de situations problèmes, nécessite de la part de l'enseignant "de se mettre à la place de ses élèves" ainsi que de se référer aux résultats de la recherche dans le domaine. Cette étape sera probablement plus aisée lorsque nous serons plus expérimentés.
La plupart des élèves ont pu dépasser ces obstacles, ce qui les a conduit à effectuer une rupture avec leurs préconceptions de départ erronées (cf. description des obstacles). Cependant, certains élèves de l'école de commerce ont eu besoin d'une régulation importante de la part de l'enseignant pour qu'ils puissent avancer dans leur réflexion. Il est possible que pour ces élèves, les obstacles ont été sous-estimés et ont été perçus comme hors d'atteinte par ces derniers (qui, pour certains, se sont rapidement découragés).

A l'image de notre amorce, la situation problème proposée a un caractère concret, liée au réel, qui fait sens pour les élèves. Ce caractère concret a suscité des questionnements chez les élèves et leur a permis de formuler des hypothèses de manière effective.
Notre amorce a suscité l'intérêt des élèves et a été perçue par ces derniers comme une véritable énigme à résoudre, ce qui a favorisé l'implication dans la tâche chez la plupart des élèves.

Cette situation problème a permis de déboucher sur un véritable savoir d'ordre général: les "lois" de l'osmose.

Dans la plupart des classes, il y a eu des discussions entre les élèves prenant parfois la forme d'un "débat scientifique" pouvant potentiellemeent stimuler des conflits socio-cognitifs.

La validation de la solution de la situation problème a, dans la majorité des cas, été apportée de façon externe par l'enseignant et n'a pas résulté du mode de structuration de la situation elle-même.

Enfin, dans nos classes, il n'y a pas vraiment eu de retour réflexif ayant eu lieu lors d'un réexamen collectif du cheminement parcouru par les élèves. Ainsi, ces dernier n'ont pas nécessairement "conscientisés" les stratégies qu'ils ont mis en place pour expliquer les phénomènes observés.

BILAN RÉFLEXIF SUR LA COHÉRENCE DU DISPOSITIF ET ÉVALUATION

Concernant l'amorce :
Nous avons tous constaté à quel point une amorce bien choisie peut motiver les élèves à aborder de nouvelles notions. Aiguiser leur curiosité permet de gagner une bonne part de leur attention pour les cours suivants. L'amorce leur fait se poser des questions en les impliquant par un problème de la vie de tous les jours et donc qui les touche. N'oublions pas que la science est une matière qui évolue par le problème et le questionnement : sans questions, pas de sciences. En ce sens, l'amorce doit éveiller "l'âme scientifique" des élèves.

Concernant notre situation-problème elle-même :
Nous avons pu observer que lors de cette séquence les élèves sont entrés en activité et se sont impliqués dans le processus de compréhension de la matière et donc également dans l'apprentissage. Les élèves ont appris en se confrontant les uns aux autres, ce qui leur a permis d'exposer leurs idées préconçues à d'autres idées et de mieux se remettre en question. Nous avons l'impression que le fait de se remettre en question les rend plus réceptifs à de nouvelles explications. D'ailleurs, c'est lorsqu'ils sont à court d'arguments que les élèves demandent à l'enseignant de valider leurs réponses ou de leur donner la réponse juste. Lors de cours frontaux, les élèves ne sont pas intéressés par l'avis de l'enseignant, mais sont obligés de l'entendre, ce qui marque une différence importante entre les deux approches.

Le fait de débattre sur le thème dans le but de "reconstruire le savoir" et en les mettant au "coeur du savoir" a motivé une majorité d'élèves, bien que les plus timides n'étaient pas très friands d'être mis au devant de la scène. L'utilisation d'une partie des posters pour illustrer le cours théorique (cas d'une classe de Anouk) s'est révélé être également un bon moyen de rendre les élèves plus impliqués (dû à la fierté qu'ils en ont tiré) dans le processus d'apprentissage et d'appropriation du savoir. Pour Anouk et Frédéric, seule 1 classe pour chacun a permis d’obtenir des traces écrites (poster), qui ont donc pu être utilisées comme base de débat et générer une certaine fierté chez les élèves. Cependant, même si les autres classes (2 classe de biologie 2DF de Anouk et la classe « D » de Frédéric) n’ont pas eu le temps de créer de poster, ceux des autres classes ont été alors montrés comme exemple de poster dans ces classes (pour leur faire réaliser ce que cela aurait pu donner s’ils avaient eu plus de temps) et être utilisés pour alimenter les discussions, bien que n’étant pas de leur propre production. Pour Patricia, où toutes les classes ont élaboré un support écrit, les débats autour des hypothèses proposées ne dépendaient pas de la qualité des supports écrits. En effet, le débat de la classe du jeudi après-midi a été bien plus animé que dans celle du jeudi matin, dont les supports écrits étaient bien mieux rédigés. Tandis que dans la troisième classe, les supports écrits étaient riches, tout comme les débats. Ainsi, ce qui est intéressant dans la démarche de faire écrire et expliquer oralement les hypothèses des élèves est qu'elle est suffisamment variée pour qu'il y ait a un moment ou un autre des échanges qui permettent aux élèves de s'investir dans les tâches demandées. Certains sont plus confiants de débattre au sein d'un petit groupe et ont plus d'aisance à rédiger, tandis que d'autres préfèrent expliquer oralement leurs hypothèses, et s'exprimer par mots-clés sur les productions écrites.

Ainsi, nous pensons que ce type de séquence demande plus d'énergie et d'implication de la part des élèves, sans quoi les capacités transversales, telle que communiquer entre élèves, collaborer et synthétiser ses idées, ne sont pas atteintes. Il nous semble donc important de varier les manières d'aborder le sujet (notamment le TP, travail écrit, travail oral, résolution d'exercice, cours frontal) tout en imposant un certain rythme aux élèves afin qu'ils ne soient pas "dégoûtés" de la séquence. En effet, nous avons remarqué que de laisser les élèves trop longtemps dans l'incertitude face à leurs réponses pouvait montrer un aspect démotivant pour eux. Ainsi, il est important que l'enseignant sente le moment où les élèves arrivent à leurs limites et fasse la mise en commun, afin que les élèves aient les réponses à leurs questions et afin que les objectifs d'apprentissage basés sur les savoirs, tels que le vocabulaire à utiliser pour exprimer son avis de manière commune et précise, soit également atteints. En effet, il faut également inclure un temps d'appropriation de ces termes, et ceci a été fait par l'intermédiaire des exercices qui ont suivi. D'ailleurs, durant tous les cours qui ont suivi sur ce thème, nous avons pu constater également que les expériences étaient très présentes dans leur mémoire et qu'ils s'y référaient pour la réflexion sur les exercices données en cours. Ainsi, nous avons remarqué une cohérence entre les étapes de notre séquence, où des liens sont faits par les élèves entre la partie pratique, théorique et exercices à partir des apprentissages précédents.

Nous avons également pu ressentir un certain nombre de tensions supplémentaires à gérer - pour l'élève et l'enseignant - lors de ce genre de séquence. En effet, les difficultés rencontrées lors de ce genre de séquences sont 1) une plus grande autonomie de la part des élèves, 2) une organisation du travail du groupe plus libre sur un temps plus long que l'habitude, 3) "Tentative d'élaboration du savoir" par l'élève lui-même sans support de cours, à partir d'observations et d'expériences.

La situation-problème donne l'impression d'une plus grande liberté à l'élève, dans le sens où ce dernier est autonome dans sa démarche réflexive quand à la construction de son savoir. Ce qui est intéressant d'observer, pour les élèves et les enseignants, est que de cette liberté n'aboutit pas forcément aux mêmes conclusions et les élèves ne passent donc pas par le même chemin de découverte (alors que dans un cours transmissif, tout le monde va "dans le même sens"). Le danger est qu'ils prennent un chemin réellement trop hasardeux et sortent réellement du contexte de la question/thème, d'où l'importance du regard de l'enseignant qui, bien que moins présent par la parole, doit rester présent par son regard et son attention. Ce supplément de liberté pour l'élève lui demande également plus le courage de ses opinions, d'être plus sûr de lui et une capacité de gestion de cette liberté, ce qui peut être une source de stress pour lui. Nous pensons donc qu'il est important d'expliquer le cadre de ce genre de séquence à l'élève pour le rassurer, donc de lui spécifier que s'ensuivra des moments d'institutionnalisation et d'exercices sur le thème.

Pour l'enseignant, ce degré de liberté supplémentaire offert à l'élève est également déstabilisant. Il n'est en effet pas toujours simple de "lâcher un peu la bride" aux élèves, de leur faire confiance sur l'avancement de la tâche si l'on est moins derrière eux. L'enseignant a en effet souvent l'impression (surtout le jeune enseignant) que s'il ne dirige pas tout, les élèves feront n'importe quoi. Bien évidement, ce genre de séquence offre un degré de liberté supplémentaire, et non total : plus de liberté ne signifie pas non plus les laisser agir dans l'anarchie, seuls sans directives ni explications. Mais c'est là la difficulté pour l'enseignant : laisser plus de liberté, gérer la classe et la cadrer sans la diriger entièrement, donner des consignes, aiguiller, remettre les élèves sur la piste s'ils s'en écartent trop, mais sans donner de réponses directes et en les laissant réfléchir : ni trop ni pas assez de liberté, une liberté sous l'oeil et l'attention de l'enseignant. En ce sens, l'enseignant, plus discret alors, n'en est pas moins très présent lors de ce genre de séquences.

Nous avons pu constater que ce genre de séquence demande peut-être plus d'organisation avant-séquence et une anticipation à plus long terme qu'un cours plus transmissif. L'anticipation, nous pensons, est le mot-clé de telles séquences : l'enseignant doit imaginer autant que possible les différentes situations et problèmes auquel il pourrait être exposé, préparer des moyens/questions de rebondissement en cas de "flop" (questions à deux coups) ou autres stratagèmes pouvant le sortir des situations /questions inattendues. L'on ne peut jamais tout anticiper, mais si l'on est bien préparé, l'on peut MIEUX anticiper. Là est peut-être le 2ème problème du jeune enseignant qui "court après le temps" et se trouve parfois obligé de gérer ses cours semaine par semaine, dû à un manque de temps et un manque de recul sur le cours.

Nous pensons également, en vue de nos observations et discussions sur cette séquence dans le cadre de chacune de nos classes, que la situation problème - demandant une certaine réceptivité, implication supérieure, et une certaine énergie de la part des élèves - ne se prête peut-être pas à n'importe quel cours. En effet, peut-être que le fait de prévoir une séquence en situation-problème durant les 4 dernières heures du jour précédant des vacances n'est-il pas judicieux, car les élèves, bien qu'énergique à ce moment-là, sont plus particulièrement difficile à canaliser et à organiser. Or, une séquence en situation-problème demande un minimum de rigueur et d'application de la part des élèves, ce qui fut impossible à ce moment-là. Cependant, l'on peut également se demander si une séquence d'un autre type aurait pu convenir à ce même moment, ou si finalement n'importe quelle séquence aurait été difficile à gérer juste avant les vacances. De ce fait, nous ne concluons pas forcément sur le fait qu'il y ait un moment plus adapté ou non à ce genre de séquences plutôt qu'à d'autres.

Par contre, concernant le type d'élève à qui serait proposé ce genre de séquences, il est possible que la séquence en situation-problème soit plus adaptée à des élèves plus impliqués du genre collégiens qu'à des apprentis (selon les niveaux). En effet, la séquence fut un "flop" concernant la classe D d'apprentis. Nous avons pensé à deux manières de résoudre ce problème pour ce genre de classe : 1) Donner plus de temps pour ce genre de séquence à ce type d’élève ; 2) Pour une même tâche, fixer des objectifs différents selon le niveau de classe (2DF, D, MP, apprentis, collégiens…). Cependant, nous ne pensons pas avoir le recul nécessaire pour pouvoir réellement conclure sur la différence observée concernant l’implication de cette classe, car cela n'a été observé que sur une seule classe d'apprenti de niveau D et non sur plusieurs, et ce phénomène n'est peut-être qu'un "effet classe", indépendamment du type d'études choisies.

Concernant l'évaluation :
Notre évaluation a respecté les objectifs que nous nous étions fixés en terme de notion.
Par contre, en terme de démarche, nous aurions pu développer plus en profondeur des questions demandant aux élèves d'émettre réellement des hypothèses et de les argumenter. En d'autres termes, pour le futur, il serait intéressant d'entraîner les élèves à développer des compétences des niveaux de taxonomie 5 et 6 de Bloom (Synthèse et Evaluation), ces derniers n'ayant pas du tout été exercé et donc non évalués lors de notre séquence. Notre évaluation est en effet plus basée sur la compréhension/test des notions que des démarches.
Nous aurions pu par exemple proposer des questions moins comparables à ceux déjà effectués en classe. Exemple : une question abordant le thème de la noyade (en mer ou en eau douce), où l'élève n'aurait pas forcément la capacité de donner la réponse juste/réelle, mais où l'hypothèse/argumentation aurait plus de poids dans la ponctuation de l'évaluation que la réponse en soi. Cette hypothèse/argumentation devra être fondée et justifiée de manière complète, comme exercé durant notre séquence, pour l'élève y comptabilise des points.
Pour l'enseignant, ce type de question est plus difficile à corriger/évaluer, car les réponses peuvent être moins anticipées et la correction plus subjective. Des critères d'évaluation de ce genre de questions doivent être clairement établis pour pouvoir rester le plus juste possible d'un élève à l'autre dans son évaluation.

SOURCES BIBLIOGRAPHIQUES

- Andreucci, C. & Chatoney, M.,La dévolution en situation ordinaire : étude d’une séance de technologie à l’école primaire, Revue des sciences de l’éducation, Volume 32, no 3 (2006).
- Astolfi J.-P., "Placer les élèves en "situation-problème?", Probio-Revue?, vol.16, no4 (1993).
-Crowe, A., Dirks, C., & Wenderoth, M.. Biology in bloom: implementing Bloom's taxonomy to enhance student learning in biology. Life Sciences Education, 7(4), 368 (2008).
- Gérard De Vecchi, Nicole Carmona-Magnaldi?, Faire vivre de véritables situations-problèmes, Hachette Education (2002).
- Table de de Crowe, A., et al.(2008).

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