La main à la pâte : Graines de Sciences 6

Colloque organisé par Yves Quéré, Béatrice Salviat et Marc Jamous du 25 au 30 octobre 2003

Participants

Les enseignants
Marie-Christine Attali Ben Moulka – Enseignante en Tunisie, maître-formatrice.
Christine Blaisot – Enseignante, maître formatrice.
Véra Bojovic – Ancienne inspectrice de l’éducation nationale serbe, chargée au ministère de l’éducation du développement des programmes scolaires et des livres scolaires, coordinatrice de la commission pour l’enseignement des mathématiques, des sciences et de la technologie en vue d’une réforme de l’enseignement primaire et secondaire en Serbie.
Joëlle Bousquet-Doppler – Enseignante et directrice d’un R.P.I. (ensemble d’écoles primaires dans une zone rurale)
Catherine Bousquet-Fritsch – Enseignante et référent sciences.
Isabelle Burignat – Conseillère pédagogique.
Annick Buyens – Enseignante, IMF (instituteur maître-formateur).
Alain Cadic – Conseiller pédagogique.
Karine Gingreau – Directrice d’une école primaire et enseignante.
Luc Martignago – Instituteur spécialisé S.E.G.P.A.
Soline Marzac – Stagiaire PE2.
Jean-Yves Quentel – Enseignant et coordinateur d’un réseau d’études rurales.
Sylvie Sallier – Conseillère pédagogique.
Jean-Yves Truhé – Enseignant et directeur d’école.
Isabelle Vasseur – Enseignante, PEMF (Professeur des écoles, maître-formateur)
Daniel Verdier – Enseignant et coordonnateur du réseau rural d’écoles autour du collège d’Eymet, maître-ressource sciences et techniques.

Les scientifiques
Claudine Schwartz – Professeur à l’université Joseph Fourier à Grenoble.
Jacques Le Bourlot – Astrophysicien, professeur à l’Université Paris 7, S’intéresse à la physique du milieu interstellaire et à la formation des étoiles.
Patricia Corieri – Ingénieur de Recherche dans un Institut de Mécanique des Fluides, avec pour spécialisation les écoulements biologiques. Formatrice pour enseignants à l’éveil aux sciences et à la technologie dans le cadre de La main à la pâte – Belgique, ainsi que dans le cadre d’activités en milieux défavorisés.
Pascal Bernard – Physicien, est sismologue à l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP). Il  travaille sur la génération des séismes et sur  leurs effets destructeurs.
Alain Lenoir – Professeur à l’IRBI (UMR CNRS), Institut de recherche sur la Biologie de l’Insecte à l’université François Rabelais de Tours, travaille sur la communication chez les fourmis.
Yves Malier – Membre de l’Académie des Technologies, ancien directeur de l’École Normale Supérieure de Cachan, travaille actuellement sur la mise au point de nouveaux matériaux de construction.

L’équipe La main à la pâte
Marc Jamous – Docteur en biologie.
Pierre Léna – Astrophysicien.
Béatrice Salviat – Professeur agrégée en sciences de la vie et de la Terre.

Liste des ateliers
Claudine Schwartz : La question statistique
Jacques Le Bourlot : Hasard et chaos
Patricia Corieri : La mécanique des fluides
Pascal Bernard : Les tremblements de terre
Yves Malier : La stabilité des constructions : le cas des ponts
Alain Lenoir : La communication chez les fourmis

Compte-rendu

Les Graines de sciences sont des rencontres annuelles, organisées par La Fondation des Treilles et l’Académie des sciences, autour de La main à la pâte. Ces rencontres regroupent des chercheurs, ou d’anciens chercheurs en science, et des enseignants de l’école primaire. Les scientifiques présentent aux enseignants un exposé, un atelier sur leur sujet de recherche. On leur demande de jouer le jeu de La main à la pâte en essayant de partir de situations expérimentales pour illustrer leurs exposés d’exemples et surtout d’expériences simples. Quelquefois, les enseignants, par des questions inattendues et des commentaires déroutants, obligent les scientifiques à sortir des concepts et à revenir aux sources. Ainsi une connivence se met en place, et apparaît la certitude que la science peut être partagée et donner lieu, entre professionnels et amateurs, à des échanges stimulants et enrichissants.

La session Graines de Sciences 6 s’est déroulée cette année du 25 au 30 octobre 2003. Elle regroupait seize enseignants et six chercheurs. Les chercheurs ont présenté chacun deux fois leur atelier devant un groupe de huit enseignants L’équipe d’encadrement de La main à la pâte était composée de Béatrice Salviat et Marc Jamous.

Six thèmes ont été développés au cours de cette session.

Claudine Schwartz, de l’université Joseph Fourier de Grenoble, a essayé de développer chez les participants une vision critique des statistiques : comment juger un test statistique, peut-on facilement répondre à une question statistique ? Dans ce but, elle a commencé par proposer un problème d’apparence simple :
« Des images sont réparties au hasard dans des boîtes de céréales. Il y a six images différentes. Combien faut-il acheter de boîtes pour avoir les six images ?  ». Des enseignants ont cherché à donner un nombre précis, d’autres ont répondu que cela dépendait, certains ont dit « au moins six ». Claudine Schwartz a ensuite demandé aux participants de tester leurs réponses grâce à des lancers de dés : les enseignants devaient noter à partir de combien de lancés ils obtenaient au moins une fois chacune des six faces. A partir de cette expérience, Claudine Schwartz a pu, peu à peu, expliquer les notions de probabilités, de moyennes, d’écart type, de déciles, et approcher pas à pas la loi des grands nombres.
Dans la deuxième partie de l’atelier, Claudine Schwartz a présenté quelques problèmes statistiques, qui ont été analysés par l’ensemble des participants. L’objectif était ainsi de développer un regard critique sur tout résultat statistique.

Pour nous parler du hasard et du chaos, Jacques Le Bourlot, astronome et enseignant à l’université de Paris 7, est venu avec un montage Lego® où une balançoire pouvait tourner librement autour d’un axe ; un petit moteur assurait l’entretien du mouvement. Il était aisé de changer certains paramètres de la balançoire : longueur, masse… Les variables mesurées étaient l’angle de la balançoire par rapport à la verticale et à la vitesse angulaire. Jacques Le Bourlot a alors montré qu’en modifiant quelque peu les paramètres de la balançoire (légère augmentation ou diminution de sa masse) on obtenait des mouvements réguliers ou des mouvements qui semblaient totalement imprévisibles. L’atelier s’est alors focalisé sur l’étude de ces derniers mouvements, qui se sont révélés peu à peu être des mouvements chaotiques.

Pour présenter la mécanique des fluides, Patricia Corieri, de l’université libre de Bruxelles, est venue avec une mallette de colorants et de modèles réduits de maisons et de bâtiments. Elle a d’abord défini certaines notions essentielles à la mécanique des fluides, comme les termes « fluide », « gaz », « liquide », « pression », « viscosité »…  Ensuite, dans des éviers et des baignoires, à l’aide de ses colorants, de ses modèles réduits, de mélanges d’eau chaude et froide, elle a fait manipuler pendant plus d’une heure les enseignants afin qu’ils visualisent les écoulements des fluides, les phénomènes de turbulence. Ainsi, les notions d’écoulements laminaires et turbulents se sont concrétisées.  Enfin, Patricia Corieri a développé deux aspects pratiques de la mécanique des fluides : les essais en soufflerie, l’étude de la circulation d’air dans la trachée et les poumons.

Pascal Bernard, de l’Institut de Physique du Globe de Paris, a tenté de faire visualiser aux enseignants les forces et les mouvements qui sont mis en jeu dans la croûte terrestre pendant, avant et après les tremblements de terre. Pour ce faire, il s’est aidé de farine, qui, déposée en fine couche sur deux feuilles de papier, modélise la formation des failles lorsque l’on sépare doucement les feuilles, de ressorts, qui permettent de visualiser les différentes ondes émises lors de tremblements de terre, de parpaings reliés à des élastiques, pour comprendre comment les plaques terrestres sont soumises en permanence à des frictions mais qu’elles ne provoquent des séismes qu’à de rares moments. Il avait apporté deux véritables sismomètres et les enseignants ont ainsi pu voir des ondes transmises lors d’un petit coup donné sur une table. Les participants à l’atelier ont pu lire les sismographes correspondant au coup et ainsi comprendre comment se pratique la lecture des informations fournies par des sismomètres répartis en différents lieux du globe.

Yves Malier, membre de l’Académie des Technologies, a animé un atelier sur la stabilité des constructions. Il a d’abord présenté les différents matériaux présents dans la construction, tout en définissant des notions essentielles comme « élasticité », « résistance », « fragilité », « compression »… Afin d’illustrer son propos, il a utilisé des baguettes de bois, des tabourets, des morceaux de polystyrène, des élastiques… Yves Malier a ensuite présenté l’avantage de lier différents matériaux, tout en associant lui-même, avec l’aide des enseignants, les différents « matériaux » qu’il avait apportés. Enfin, comme application, il a retracé l’évolution de la construction des ponts, des premiers en pierre, jusqu’au Pont de Normandie, en précisant dans chaque cas les matériaux et les forces mises en jeu, et toujours en s’aidant de ces « matériaux ».

Alain Lenoir, de l’Université de Tours, est venu nous parler de la communication chez les fourmis. Il est arrivé avec de nombreuses petite fourmilières : associations de boîtes transparentes de plexiglas, quelques éléments nutritifs, une fourmi-reine, des ouvrières et quelques mâles… Les enseignants ont ainsi pu à loisir, sous la conduite d’Alain Lenoir, distinguer les différents membres d’une communauté, chercher à reconnaître la reine selon les espèces, observer, analyser et provoquer des comportements individuels et collectifs. La conduite de l’atelier s’est faite en commençant par la description anatomique d’une fourmi pour se terminer par la description de l’organisation communautaire d’une fourmilière.

Discussion d’un soir

Les soirées étaient habituellement libres ; ce qui n’empêchait nullement la discussion et le débat en petits groupes. Cependant, à la demande des enseignants, une discussion générale a été organisée sur le thème : « La vie de chercheur ». Les chercheurs ont décrit comment est venue « leur vocation », ont essayé de raconter leur vie quotidienne, leurs motivations. Ils ont aussi abordé le rôle des publications, les échanges entre chercheurs, les contrôles ou l’absence de contrôle des grands organismes sur le travail de recherche.
Les chercheurs ont expliqué leur motivation par une envie de savoir, de douter, d’explorer ce qui n’est pas encore connu. La motivation principale semble être « se poser des questions ». Les enseignants se sont aussi reconnus dans cette définition et semblaient heureux de partager une caractéristique avec les scientifiques : se poser en permanence des questions.
Une enseignante a demandé aux chercheurs ce qu’on pouvait attendre des maîtres de l’école primaire pour former des futurs « bons chercheurs ». Yves Malier a répondu qu’ils devaient apprendre aux enfants à poser des problèmes. Il a regretté que l’enseignement apprenne seulement à résoudre des problèmes. Il a donné comme exemple les classes préparatoires aux grandes écoles où l’on sélectionne les candidats sur leur rapidité à résoudre, à être plus rapide que les autres. Il serait intéressant de les sélectionner aussi sur une aptitude à poser des problèmes, à avoir une vue plus large des concepts scientifiques.

Bilan de la session

Le dernier soir, pendant deux heures et en présence de Pierre Léna, s’est tenu le bilan de la session. Nous avons rappelé que ces ateliers seront transcrits dans un ouvrage de la collection « graines de sciences », dont six ouvrages sont déjà parus aux Éditions du pommier. Les enseignants se sont engagés à relire chacun au moins un chapitre pendant la phase d’édition.
Nous avons aussi débattu sur le changement de la vision de la science par les enseignants avant et après la session. Cet aspect avait été débattu la veille. Pendant ce bilan, les enseignants qui se sont exprimés ont ajouté qu’ils pensaient, avant la session, que les scientifiques étaient plutôt des personnes à part, difficilement abordables, sans souci de divulguer leurs connaissances. Ces idées ont évolué pendant la rencontre, et, finalement les enseignants qui se sont exprimés ont trouvé que les chercheurs étaient des « gens comme tout le monde », plutôt accessibles et qui pouvaient prendre du plaisir à expliquer leur domaine de recherche.
Actuellement, l’équipe de La main à la pâte réalise une enquête auprès des enseignants des sessions précédentes. Les premiers résultats indiquent que de nombreux professeurs des écoles se sont plus investis dans l’enseignement des sciences après avoir participé à une rencontre « Graines de sciences », soit en développant des séances en classe, soit en devenant conseiller pédagogique ou maître-formateur, soit en mettant en place des « salles sciences ». Beaucoup ont aussi révélé apprécier se retrouver en position d’« élèves » face à un domaine inconnu et pouvant obéir à un langage différent. Ces enseignants ont eu ainsi l’impression de mieux comprendre la situation de leurs jeunes élèves face aux matières enseignées à l’école. Les sessions « Graines de sciences » leur ont donc non seulement servi à améliorer leur cours de sciences, mais aussi leurs enseignements du français et des mathématiques.