Projet enseignement scientifique
Mme Hamel
Created on April 3, 2022
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Transcript
1. Présentation du concept
2. Choisir sa démarche
3. Choix du projet et mise en place
4. Présentation du projet
5. Modalité d'évaluation & Contrat de réussite
Sommaire
6. Organisation des séance
Le projet expérimental et numérique a pour objectif de confronter les élèves à la pratique d'une démarche scientifique expérimentale authentique afin qu'ils en comprennent les modalités de mise en œuvre, la cohérence et la pertinence.
1. Présentation du concept
Extraits du programme officiel:
| Comprendre la nature du savoir scientifique et ses méthodes d’élaboration Le savoir scientifique résulte d’une construction rationnelle. Il se distingue d’une croyance ou d’une opinion. Il s’appuie sur l’analyse de faits extraits de la réalité complexe ou produits au cours d’expériences. Il cherche à expliquer la réalité par des causes matérielles. |
| Identifier et mettre en œuvre des pratiques scientifiques Le scientifique, au cours de son activité de production du savoir, met en œuvre un certain nombre de pratiques qui, si elles ne sont pas spécifiques de son travail, en sont néanmoins des aspects incontournables. Quelques mots-clés permettent de les présenter : observer, décrire, mesurer, quantifier, calculer, imaginer, modéliser, simuler, raisonner, prévoir le futur ou remonter dans le passé. |
| Identifier et comprendre les effets de la science sur les sociétés et sur l’environnement Les sociétés modernes sont profondément transformées par la science et ses applications technologiques. Leurs effets touchent l’alimentation (agriculture et agroalimentaire), la santé (médecine), les communications (transports, échange d’information), l’apprentissage et la réflexion (intelligence artificielle), la maîtrise des risques naturels et technologiques, la protection de l’environnement, etc. La compréhension de ces transformations est indispensable à la prise de décision ; elle distingue l’approche purement scientifique d’autres approches (économiques, éthiques, etc.). De même, les activités humaines exercent sur l’environnement des effets que la science permet de comprendre et de contrôler. |
| Une place réservée à l’observation et l’expérience en laboratoire La pratique expérimentale des élèves est essentielle. En particulier, il est bienvenu, chaque fois que possible, de créer les conditions permettant un travail de laboratoire fondé sur diverses formes de manipulations et d’observations. Ainsi, l’élève se livre lui-même à la confrontation entre faits et idées et comprend, en la pratiquant, la construction du savoir scientifique. |
| Un usage explicité des outils numériques Des outils numériques variés trouvent des applications dans le cadre de l’enseignement scientifique : logiciels de calcul ou de simulation, environnements de programmation, logiciels tableurs, etc. Il convient d’associer leur usage par les élèves à la compréhension au moins élémentaire de leur nature et de leur fonctionnement. |
Explication de la méthodologie de la recherche, plus de détails sur la démarche scientifique en appuyant sur le "+" !
2. Choisir sa démarche
Les étapes de la méthode scientifique ont été développées au cours des millénaires, depuis l'époque des anciens philosophes grecs et perses.
Bien qu'il y ait toujours des variations mineures entre les différentes disciplines scientifiques, elles suivent toutes la même voie.
Question générale
Pour la majorité des nouvelles recherches, le point de départ consiste à formuler une question générale portant sur une zone de recherche et à débuter le processus de la définition de cette question.
Cette question initiale peut être très vague étant donné que la recherche, l'observation et la mise au point ultérieure affûteront cette question en une hypothèse testable.
Par exemple, une question vague pourrait être: 'les stocks de poissons de l'Atlantique Nord sont-ils en baisse ou non', suite aux observations de rendements plus faibles dans la région. Examiner les recherches antérieures permettra d'avoir une vision globale et permettra d'établir une branche plus spécialisée.
A moins d'avoir un budget illimité et des équipes de scientifiques colossales, il est impossible d'investiguer une zone si vaste sans la réduire. Voici la méthode consistant à évaluer une partie du sujet et à renseigner progressivement sur la situation globale.
Affinage
Par l'intermédiaire d'un processus d'élimination, la phase de recherche va affiner et concentrer la zone de recherche.
Elle prendra en compte les restrictions budgétaires, la praticabilité, le temps et la technologie disponible, et mènera à la suggestion de quelques hypothèses réalistes.
A un certain point, le chercheur aboutira à une hypothèse fondamentale autour de laquelle l'expérience pourra être conçue.
Conception de l'expérience
Cette phase de la méthode scientifique consiste à concevoir les étapes qui testeront et évalueront l'hypothèse, en manipulant une ou plusieurs variables pour générer des données analysables.
L'expérience devrait être conçue en gardant à l'esprit les tests statistiques futurs, en s'assurant que l'expérience ait des contrôles et un groupe échantillon suffisamment ample pour fournir des résultats statistiquement valides.
Observation
C'est la phase centrale des étapes de la méthode scientifique, elle consiste à observer et enregistrer les résultats de la recherche en regroupant les découvertes sous forme de données brutes.
La phase d'observation consiste à observer l'effet des variables manipulées sur le sujet puis à enregistrer les résultats.
Analyse
La portée de la recherche commence à s'élargir à nouveau alors que des analyses statistiques sont effectuées sur les données et sont organisées de façon compréhensible.
Les résultats de cette étape permettent de poursuivre l'élargissement de la recherche; ils révèlent des orientations et apportent des réponses aux questions initiales.
Conclusions et publication
C'est techniquement à cette étape que l'on indique si l'hypothèse est prouvée ou non.
Cependant, la plus grande partie de la recherche n'est jamais aussi tranchée que cela. iI est donc nécessaire de filtrer les résultats et d'indiquer e qu'il s'est passé et pourquoi. C'est lors de cette étape qu'on peut identifier des résultats intéressants utiles pour des recherches approfondies et pour l'adaptation de l'hypothèse initiale.
Même si l'hypothèse était erronée, l'expérience était peut-être imparfaite dans sa conception ou sa mise en œuvre. Il peut y avoir des orientations qui, sans être statistiquement significative, conduisent à des recherches approfondies et à l'affinement du processus.
Les résultats sont généralement publiés et partagés avec la communauté scientifique, ce qui permet de vérifier les découvertes et de permettre aux autres de poursuivre la recherche dans d'autres domaines.
Cycles
Ce n'est pas la phase finale des étapes de la méthode scientifique, puisque celle-ci engendre des données et des idées à recycler dans la première phase.
La zone de recherche initiale peut être abordée à nouveau, grâce à la recherche qui a permis à la pièce du puzzle de répondre à la question entière.
Bâtir l'entendement d'un vaste domaine de la recherche, en construisant progressivement une vision globale, est le véritable fil rouge du progrès scientifique. Un bon exemple est le travail de J.J. Thomson, qui a progressé pas à pas vers sa réponse ultime.
Martyn Shuttleworth (Jan 19, 2008). Étapes de la méthode scientifique. Retrieved Apr 03, 2022 from Explorable.com: https://explorable.com/fr/etapes-de-la-methode-scientifique
Texte fourni par :
https://explorable.com/fr/etapes-de-la-methode-scientifique
Explication de la démarche d'investigation, plus de détails en appuyant sur le "+" !
2. Choisir sa démarche
LA DEMARCHE D’INVESTIGATION en plusieurs phases :
- motivation « d’où part-on? » ;
- problématisation « qu’est-ce qu’on cherche? » ;
- définition de la stratégie de recherche « comment va-t-on faire pour chercher? » ;
- mise en œuvre du projet « cherchons » ;
- confrontation « a-t-on trouvé ce que l’on cherche ? » ;
- terminaison « le savoir construit : ce que l’on a expliqué, compris, découvert ».
1 - La motivation peut être déclenchée par :
- un bilan des connaissances acquises antérieurement
- un bilan des idées « reçues », « préconçues », « initiales »
- une référence à l’actualité
- la présentation « brutale » d’un fait
- un travail de bibliographie et/ou de documentation
- une situation concrète qui fait question :
- un motif, une raison, un prétexte pour chercher
2 - La problématisation peut consister à énoncer :
- un problème à résoudre ;
- un phénomène dont on cherche à comprendre le mécanisme ;
- un inconnu que l’on veut explorer ;
- une opinion dont on veut faire un savoir.
- Du foisonnement motivant à l’objet d’étude scientifique clairement et rigoureusement délimité.
3 - La définition de la stratégie de recherche c’est préciser :
- une hypothèse à vérifier, ses conséquences vérifiables, un projet d’expérimentation ;
- un projet d’observation (dans la nature, en laboratoire, etc.) ;
- un projet d’exploration de bases de données ou de bibliographie ;
- un projet de modélisation.
- Les élèves savent ce qu’ils vont faire et pourquoi.
4 - La mise en œuvre de la stratégie
- phase dont la durée est la plus importante ;
- variété considérable de mises en œuvre possibles ;
- priorité au concret.
- L’élève fait et sait pourquoi il fait.
5 - La confrontation
- faits recherchés / faits découverts ;
- résultats prévus / résultats obtenus ;
- idées initiales / épreuve des faits.
- Le bilan des réussites et des échecs.
6 - La terminaison
- l’énoncé du savoir construit, sans oublier de préciser « à quoi ça sert ?» ;
- l’énoncé de ce qui reste à comprendre. On n’a pas fait tout cela pour rien, mais c’est loin d’être fini…
- La démarche d’investigation n’est donc pas stéréotypée. C’est un enchaînement logique d’étapes aux modalités diverses, qui donne du sens à ce que l’élève apprend.
Texte fourni par :
https://fondation-lamap.org/documentation-pedagogique/la-demarche-d-investigation
- Définir précisément le thème de recherche Recherche de l’état des connaissances actuelles sur le sujet
- Définir les données à acquérir et la méthode
- Acquérir des données
- Traiter des données sur informatique
- Répondre à la problématique
Projet Thème 1
Transformer votre smartphone en un microscope afin d´observer des cellules diverses et mesurer leur taille réelle afin de déterniner celles qui ont la plus grande longueur.
Projet Thème 2
Projet Thème 4
Démontrer si l'utilisation d'engrais permet réellement d'augmenter les rendements et observer l'impact de la quantité d'engrais.
Jouer l'extrait d'une mélodie donnée en respectant exactement la hauteur des notes (leur fréquence) sans avoir recours à un instrument de musique.
1 : Titre et auteurs
Le titre doit être explicite, tout en attirant l’œil et suscitant la curiosité, le tout sur une à deux lignes
2 : L'introduction
C’est la présentation de l’objectif des travaux de recherche, et c’est ce qui doit accrocher le lecteur (qui, potentiellement, ne connaît rien à ce domaine)
3 : Matériel et méthodes
Vous décrirez brièvement l’équipement et les procédures, sans tous les détails techniques, mais, pourquoi pas, avec une illustration
4 : Résultats
La partie la plus importante en taille, où vous expliquez si l’expérimentation est réussie et où vous présentez les résultats quantitatifs et qualitatifs à l’aide de graphiques
5 : Conclusion
Résumé discret des résultats, une mise en lumière de leur importance et un rappel de l’introduction
6 : Références, remerciements...
4. Présentation du projet - a l'oral avec un diaporama de support
Vous pouvez utiliser différents supports : diaporama en ligne Google slides, logiciel gratuit open office impress, logiciel payant disponible au lycée power point, autres logiciels en ligne (genial.ly, canva...)
Assurez-vous de la compatibilité avant la présentation au lycée
Modalités d'évaluation
Contrat de réussite - Je réussirai mon projet numérique si...
Le temps de parole est équitablement réparti, l'oral est maitrisé (détails sur +), le diaporama est un support, n'écrivez pas ce que vous allez dire!
...à l'oral
Respecter les échances, les consignes.
...dans mon travail individuel
Ecouter et accepter la diversité des points de vue, participer à des concertations constructives, prendre des initiatives, apporter des idées, des solutions, s'entraider!
... dans le travail de groupe
Oral:
* maîtrise ma voix (fluidité, débit, variations et nuances pertinentes)
* utilisation d'un vocabulaire riche et précis
* engagement dans le discours
* explications claires et efficaces
* discours structuré
* gestion du temps de parole
Diapo:
* un minimum de phrases (les titres...)
* des illustrations pertinentes
* pas d'animations inutiles
N'hésitez pas à nous solliciter pour avoir des fiches méthodes d'utilisation de tel ou tel outil (canva, genially, powerpoint, libreoffice, googleslides...)
Vacances
Organisation des séances
Séance 1
Séance 2
Séance 3
Séance 4
Séance 5
Séance 6
* Constitution des équipes (3 à 4 personnes)
* Choix du projet (Thème 1, 2 ou 4)
9 mai : Fin des expériences, analyse des résultats, début du support de présentation
2 mai : suite des expériences, premiers résultats à analyser
23 mai : Fin support de présentation et préparation du passage oral avec répartition de la prise de parole équilibrée dans les groupes
16 mai : Fin de l'analyse des résultats. Support de présentation
30 mai : Passage à l'oral par groupe
25 avril : Début des expériences, répartition du travail dans l'équipe
Bon courage !
LA video
L'AUDIO
SITUATION DE DEPART
La musique de départ
La mélodie à jouer
Voici une mélodie simple jouée au piano et inspirée du thème principal.
Objectif
Matériel
Bilan
d'après le travail de Sébastien Steiner et Laurent Micoud
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OBJECTIFS DU PROJET
Les objectifs du projet sont les suivants : jouer l'extrait de la mélodie de "Merry Christmas Mr. Lawrence" de Ryuichi Sakamoto en respectant exactement la hauteur des notes (leur fréquence).
MATERIEL NECESSAIRE
- un téléphone portable androïd ou apple;
- des verres;
- du fil, des câbles de vélo, des cordes de raquette de tennis ou de badminton, corde de guitare (sans la guitare !!);- des lames de bois, de métal ou de plastique de
+INFO
TRAVAIL FINAL ATTENDU
Critères de réussite dans le travail de recherche
* j´utilise de façon rigoureuse et pertinente les fonctionnalités de PHYPHOX
* les choix dans la construction de l´instrument de musique sont rigoureux, raisonnés et argumentés (identification d´un matériau capable de produire un son et du paramètre à faire varier pour produire des notes différentes)
* les notes obtenues sont de mêmes fréquences que celles de la mélodie
* je sais réinvestir mes connaissances sur le son et les gammes
* Je sais exprimer graphiquement et interpréter la relation entre dimension du système vibrant et fréquence des notes obtenues (pour les élèves de spé PC uniquement)
Situation de départ
D'après une proposition du site SVT Académie de Versailles
On cherche à étudier les besoins d'une plante pour se développer, plusieurs problématique sont alors possible
- Comment déterminer les besoins d’une plante en eau ou en engrais ?
- Comment limiter les apports en engrais sans diminuer les rendements agricoles ?
- Quelle durée d’éclairement est nécessaire pour cultiver une plante en laboratoire tout en économisant les ressources énergétiques ?
- De quelles substances minérales une plante a-t-elle besoin pour se développer ?
Objectifs
Matériel
Bilan
Protocole Mesurim
Objectifs du projet
Traitement numérique des résultats
Le principe : à partir d’une photo, on peut estimer la surface occupée par les plantules. Connaissant le diamètre de la boîte de Pétri, on peut obtenir des résultats en cm² et comparer l’évolution de la surface au cours des différentes semaines de l’expérience. Pour faciliter les comparaisons, les photos doivent donc être prises dans les mêmes conditions.
- 1ère étape : Ouvrir la photo sous Mesurim et y indiquer l’échelle
Pour le détail des étapes, voir la fiche technique. On va définir une échelle (Utilisez les fiches techniques) :
On indique la longueur de référence, ici le diamètre de la boite de Pétri :
Les mesures seront ensuite obtenues en cm². Si les conditions de prises de vue ont été rigoureusement les mêmes, l’échelle définie ici sera réutilisable, sinon il faut la redéfinir pour chaque image traitée.
- 2e étape : Calculer la surface des plantules
Pour le détail des étapes, voir la fiche technique. Avec l’outil de mesure des surfaces, on clique sur les plantules pour les sélectionner et en déduire leur surface. Chaque clic étend la zone sélectionnée :
Quand toutes les plantules sont sélectionnées sans débordement, on peut noter la surface correspondante :
- 3e étape : Comparer les résultats à l’aide d’un tableur (facultatif)
On peut rassembler les résultats dans un tableur pour comparer les valeurs, traiter les données et les représenter graphiquement :
+ info
Matériel disponible:
- Une petite plante aquatique à prolifération rapide (la fougère Salvinia natans).
Conseils:
* S'assurer de bien avoir des photos nettes de chaque boîte, chaque semaine, prises avec le même appareil, avec le même niveau de zoom, dans les mêmes conditions d'éclairage (éviter le flash) et de préférence verticalement
* Prendre les photos sur fond blanc pour faciliter leur traitement
* Noter bien les description des plantules de vos boites (nombre, forme, couleur, présence éventuelle de plantules restées collées sur la boîte…)
* Garder les fougères d'eau à l'air libre : elles prélèvent le CO2 dans l'air
+ info
Exemples de questions à se poser : Vos plantes se reproduisent-elles ? Dans quelles conditions se développent-elles le mieux ? Quels facteurs sont-ils à prendre en compte dans l’explication de vos résultats ? Arguments permettant de répondre au problème ?
Vous présenterez votre démarche, les choix réalisés lors de la mise en cultures, vos différents résultats et leurs analyses
Travail final attendu
Critères de réussite dans le travail de recherche
* j´utilise de façon rigoureuse et pertinente les fonctionnalités de Mesurim
* les choix dans l'élaboration du protocole sont rigoureux, raisonnés et argumentés (choix du ou des témoins notamment)
* tous les résultats sont exploités
* je sais réinvestir mes connaissances sur les plantes vues en cours
Vous connaissez tous Van Leeuwenhoek, ce drapier hollandais, amateur de sciences et inventeur d´un microscope (contenant une bille de verre, lentille convergente) qui lui a permis d´observer et de décrire, entre autres, de très nombreux éléments microscopiques. Curieux de nature, observateur et expérimentateur rigoureux, ses travaux ont marqué une étape importante dans la construction de la théorie cellulaire.
Saurez-vous faire preuve de la curiosité et de la rigueur de Van Leeuwenhoek en transformant votre smartphone en un microscope afin d´observer des cellules, de mesurer leur taille réelle et de déterminer celles qui ont la plus grande longueur ?
Objectifs
Matériel
Bilan
Situation de départ
D'après le travail de Laurent Micoud et Sebastien Steiner
Une vidéo pour se replonger dans la théorie cellulaire
Une conférence très complète sur La théorie cellulaire pour approfondir vos connaissances
La partie sur Van Leeuwenhoek se trouve au début de la conférence
Objectifs du projet
Les objectifs du projet sont les suivants : transformer son smarphone en un microscope de type "Van Leeuwenhoek" en plaçant sur l´objectif situé au dos du smartphone une goutte d´eau.
Le microscope historique à gauche vs le votre à droite!
Principe du microscope avec un smartphone.
Le fait d’ajouter une goutte d’eau sur le capteur photo d’un smartphone est équivalent à rajouter une lentille convergente en plus de la lentille convergente du smartphone. Cela a pour effet de diminuer la distance focale de l’ensemble (goutte d’eau + smartphone) et permet ainsi d’observer des détails plus fins.
Séparer votre travail en 2 groupes :
1er groupe (si possible des élèves spé PC) : Mesure de la distance focale de son smartphone : f’s.
Voir le lien suivant : https://www.canal-u.tv/video/universite_de_bordeaux/19_les_smartphones_mesurer_la_focale_de_son_smartphone.39417
Vidéo réalisée dans la cadre de la Physique des objets quotidiens, un MOOC coordonné par Ulysse Delabre et développé par la Mission d’Appui à la Pédagogie et à l’Innovation (MAPI) de l'Université de Bordeaux.
ou celle-ci
2ème groupe : Mesure de la distance focale de la goutte d’eau f’g à l’aide du logiciel Mesurim 2.
Pour une goutte, la distance focale f’g est donnée par la relation suivante :
Avec n l’indice de réfraction de l’eau (n=1,3) et Rc le rayon de courbure (ou rayon) de la goutte.
Il faut donc mesurer avec précision le rayon de courbure de la goutte d’eau : Rc à l’aide du logiciel Mesurim 2.
Aire du disque : 13,79 mm2. Donc un rayon de courbure de 2,1 mm.
Soit une distance focale f’g = 7 mm pour cette goutte d’eau.
Mise en commun des groupes :
En première approximation, la distance focale équivalente f’ du système goutte d’eau – smartphone peut être donnée par la formule suivante :
Vérifier que la distance focale équivalente est bien plus petite que celle de votre smartphone.
Fabriquer et calibrer le microscope
Faire son microscope. Se familiariser avec lui
Déposer une goutte d’eau à l’aide d’un cure-dent, d’un trombone… sur la lentille dorsale de son smartphone : observer les détails d’un petit objet avec.
Prendre des photos de l’objet avec et sans goutte d’eau !
Calibration de son microscope.
Matériel : une règle millimétrée – smartphone – goutte d’eau.
Prendre une photo de la graduation de la règle (1 mm) avec son microscope.
Quel est le grossissement (ou plutôt l’agrandissement) de votre microscope ?
Mesurez grâce à votre dispositif l'épaisseur d'un de vos cheveux !
Observer des cellules végétales
Matériel :
vos végétaux – 1 pince à épiler – 1 Tupperware – Une petite source de lumière (lampe d’un smartphone par exemple ou LED) – 1 morceau de sopalin ou 1 feuille de papier cuisson.
A l’aide d’une pince à épiler (ou de vos doigts), déposer une fine couche ou un fragment le plus fin possible de votre organisme sur le Tupperware.
Placer votre lampe avec un objet diffusant la lumière par-dessus (sopalin, papier sulfurisé) à l’intérieur du Tupperware.
Observation de vos premières cellules : il est plus facile de les observer en mode vidéo puis après de sélectionner une image !
Mettre un grossissement sur votre photo (à l’aide de vos travaux précédents). Mesurer la taille d’une cellule chez trois organismes différents
Attention : le grossissement dépend de la taille de la goutte d’eau. Plus elle est petite, plus il est grand !
Matériel
Logiciel Mesurim 2
Une boite tupperware ou boite en verre sous laquelle on peut glisser une LED ou un smartphone
Une lampe LED à pile ou la lanterne d´un autre smartphone
3 organismes végétaux
A ramener vous même!
+INFO
Dessins d'observation...
Travail final attendu
- les étapes de la démarche d´investigation qui vous a permis d´obtenir des photographies de cellules pour l´organisme étudié
Critères de réussite dans le travail de recherche
* j´utilise de façon rigoureuse et pertinente les fonctionnalités du smartphone et du logiciel Mesurim 2
* je choisis des organismes végétaux variés et facilement observables
* les choix dans la construction du dispositif d´observation sont rigoureux, raisonnés et argumentés (identification du rôle joué par les différents éléments du dispositif, améliorations apportées, etc.)
* les images obtenues sont exploitables
* je sais réinvestir mes connaissances sur les divers niveaux d´organisation du vivant et les cellules
* je sais calculer la distance focale du téléphone portable, de la goutte d´eau et l'agrandissement final