Maxime Harazi : du 18 Novembre 2010 au 3 février 2011

Ce petit document a pour but de décrire ma première expérience au sein du projet ASTEP-LAMAP. Initié par le physicien Georges Charpak en 1996, ce projet vise à introduire les fondements de la démarche scientifique auprès des enfants de primaire.

Observer, décrire, réfléchir, faire des hypothèses, les tester... Autant de concepts fondamentaux que les instituteurs de primaire sont sensés devoir aborder. Cependant, faute de temps, de connaissances, voire de confiance en soi, certains enseignants semblent ne pas initier leurs élèves à la démarche scientifique.

Même si la lecture et l’écriture restent des enseignements vitaux, car nécessaires à toute communication, il semble que l’initiation aux sciences soit justement un puissant moteur d’apprentissage des moyens de communication.

Déroulement des séances

Je suis intervenu dans une classe de 27 CE1, d’une école du 12ème arrondissement de Paris, à raison d’une heure tous les jeudi après-midi, pendant 7 semaines. Il s’est avéré que l’enseignante que j’ai aidé était familière des sciences et avait déjà réalisé quelques séances sur les états de l’eau avec une précédente classe. Nous avons donc convenu de réutiliser ce qu’elle avait déjà préparé.

Ainsi, toutes les semaines, l’enseignante en charge de la classe m’envoyait une fiche concernant la séance qu’elle comptait aborder avec moi (un exemple de fiche est donné figure 1) afin que je lui dise ce que j’en pense (expériences supplémentaires, précision du vocabulaire, ...).

Séance 1 : qu’est-ce qu’un thermomètre ? (1h30)

Avant cette première séance, l’enseignante a demandé aux enfants de dessiner un scientifique et de mettre une légende, ou de marquer qu’ils ne savaient pas, le cas échéant. Je reviendrai plus tard sur ce point, mais signalons tout de suite que sur 27 élèves, seuls 7 élèves ont fait un dessin (les autres ne faisant rien ou écrivant « Je ne sais pas ce qu’est un scientifique »).

Ainsi, lors de ma première rencontre avec les enfants, l’enseignante a annoncé : « Voici Maxime. C’est un scientifique. ». Les enfants n’ont pas particulièrement semblé surpris, bien qu’évidemment un peu intrigués par ma présence, ce qui tend à confirmer les résultats donnés par les dessins : je pense que la plupart des enfants n’avait vraiment jamais entendu parler de scientifique. L’enseignante m’a alors demandé ce qu’était un scientifique. J’ai essayé d’expliquer qu’un scientifique était avant tout quelqu’un qui se posait des questions, qui essayait ensuite d’avoir des idées pour répondre aux questions, et qui faisait enfin des expériences pour savoir si ses idées sont « bonnes » ou pas. J’ai introduit le terme « hypothèse », en disant simplement que c’était une idée que l’on avait pour essayer de répondre à
une question.

Une fois les présentations faites, j’ai posé la question : « Qui sait ce qu’est un thermomètre ? ». Aucune réponse.

J’ai alors ensuite montré un thermomètre à alcool. Leur demandant à quoi cela pouvait servir. Quelques réponses :

« ça sert à mesurer l’eau de la piscine », « en haut c’est chaud ».
Puis nous avons distribué une quinzaine de thermomètres à alcool, et laissé les enfants les manipuler pendant plusieurs minutes. Une fille fût terrorisée par le liquide rouge du thermomètre, pensant que c’était du sang. Je n’ai
pas réussi à la convaincre du contraire. Certains ont soufflé sur leurs thermomètres et constaté que l’alcool montait beaucoup. Tout le monde s’est mis à faire de même.

Nous leur avons alors expliqué à quoi servait un thermomètre.
Nous leur avons ensuite demandé de décrire leurs thermomètres. Nous les avons guidé un peu, notamment concernant les graduations, que peu semblaient avoir remarqué.

Nous avons finalement distribué des schémas à compléter avec les mots « tube », « liquide rouge », « réservoir », « graduations ». Nous avons passé un certain temps à expliquer les graduations, en faisant un parallèle avec les règles graduées, qu’ils avaient vu quelques jours avant.

Nous avons conclu la séance en demandant aux enfants comment on pouvait faire monter le liquide dans le thermomètre. Nous avons eu les propositions suivantes : « en soufflant dessus », « en le mettant sous la couette », « dans
un volcan », « dans l’eau », « dehors », « dans le feu », « dans l’essence », « dans la bouche », « sur le radiateur ».

Nous avons alors expliqué ce que nous allions essayer cela la semaine suivante.

Séance 2 : comment faire monter le liquide rouge du thermomètre ? (1h30)

Ainsi donc, nous avons essayé de mettre en application les idées que les enfants nous avaient donné à la fin de la première séance. Nous leur avons expliqué que l’idée du volcan était probablement une bonne idée, mais cependant difficile à tester dans la classe (cela dit, un enfant a proposé de réaliser un petit volcan en classe !), et que nous n’avions pas d’essence à disposition.

Nous avons donc constitué des groupes de 4 :

• un groupe où les enfants soufflent sur un thermomètre
• un groupe où les enfants mettent un thermomètre sous leur pull
• un groupe où les enfants mettent un thermomètre dans de l’eau à température ambiante
• un groupe où les enfants mettent un thermomètre dans de l’eau chaude
• un groupe où les enfants mettent un thermomètre au dessus d’une -flamme
• un groupe où les enfants mettent un thermomètre sur un radiateur
• un groupe où les enfants mettent un thermomètre dehors (sur le rebord d’une fenêtre)
  Nous avons dans un premier temps distribué aux enfants les thermomètres et des feuilles sur lesquelles étaient dessinés plusieurs thermomètres côte-à-côte, à compléter, en leur demandant de dessiner le liquide rouge, et en faisant bien attention à sa hauteur.

Nous avons ensuite lancé les expériences en même temps, et demandé au bout de quelques minutes de dessiner la nouvelle hauteur de liquide. En tout, chaque élève devait dessiner 3 niveaux de liquide à intervalle de temps régulier.

Au final, ce fût assez difficile pour plusieurs raisons :

• les thermomètres ayant un temps de réponse plutôt long, certains enfants s’impatientaient
• les différentes expériences ayant des temps caractéristiques assez variables (quelques secondes pour la flamme et l’eau chaude, plusieurs minutes sur le rebord de la fenêtre ...), la gestion de tous les groupes est assez délicate.
  Nous avons ensuite rassemblé les différentes expériences en essayant de les classer, des plus efficaces aux moins efficaces.

Séance 3 : qu’est-ce qu’un glaçon ? (1h30)

Cette séance avait pour but de montrer clairement aux enfants que les glaçons sont avant tout de l’eau, mais sous une forme différente de l’eau en bouteille à laquelle ils sont habitués.

L’enseignante avait donc préparé quelques jours avant la séance des glaçons de différentes formes :

• des glaçons en forme de main
• des glaçons dans lesquels une petite boule de pâte à modeler avait été introduite.
• L’enseignante introduisit alors la séance ainsi :

« Maxime est allé au parc hier, et il a découvert des choses très étranges... des yeux et des mains de monstre ! »

Quelques enfants furent très effrayés (notamment, la même fille qui fût effrayée par le « sang » dans les thermomètres)... et encore plus lorsque nous commencèrent à distribuer les fameuses découvertes ! Certains comprirent cependant rapidement qu’ils n’avaient entre les mains que des glaçons.

Nous avons laissé les enfants manipuler les glaçons pendant plusieurs minutes, puis, nous leur avons demandé de décrire ce qu’ils voyaient.
Après avoir laissé les enfants s’exprimer, et se rendre compte que les glaçons deviennent de l’eau liquide au bout d’un moment, nous avons rédigé une conclusion : Un glaçon est de l’eau à l’état solide. Lorsqu’il fond, il donne de l’eau à l’état liquide. On dit que l’eau change d’état : elle passe de l’état solide à l’état liquide. C’est la fusion..

Nous avons enfin demandé aux enfants comment on pouvait faire fondre un glaçon le plus rapidement possible.

Nous avons globalement eu les mêmes propositions relatives à la question « Comment faire monter le plus rapidement possible le liquide rouge du thermomètre ». Il eût été bien de le faire remarquer aux élèves, mais je n’y ai pas pensé sur le moment.

Séance 4 : comment faire fondre un glaçon le plus rapidement possible ? (1h30)

Brefs rappels (qu’est-ce qu’un glaçon ?, qu’est-ce que la fusion ?, les états de l’eau)

Nous avons constitué plusieurs groupes relativement aux propositions de la semaine précédente :

• un groupe travaillant avec un radiateur de la classe
• un groupe chargé de faire fondre un glaçon dans leurs mains
• un groupe travaillant avec une lampe
• un groupe avec de l’eau chaude
• un groupe avec de l’eau à température ambiante
  Nous avons donc distribué des glaçons à chaque groupe, et demandé d’essayer de faire fondre leur glaçon avec le matériel attribué, en dessinant tous les 2 minutes leur glaçon.

A la fin, nous mettons en commun les résultats pour les classer, en fonction de la vitesse de fonte. Nous demandons aux enfants s’ils ont une explication concernant l’ordre. Ils parlent rapidement de « chaud »et de « chaleur ». Nous leur demandons alors comment on peut savoir si une chose est plus ou moins chaude qu’une autre. En les poussant un peu, ils en arrivent à penser à utiliser un thermomètre.

Nous concluons : L’eau à l’état solide fond d’autant plus vite qu’il fait chaud. Par exemple, dans de l’eau liquide chaude, sous une lampe, au soleil, près du radiateur, ....

Séance 5 : comment fabriquer un glaçon ? (1h)

Pour cette séance, l’enseignante avait posé la question « comment fabriquer un glaçon ? », quelques jours avant la séance. Les élèves ont proposé :

• au frigo
• au congélateur
• au freezer
• dehors
  L’enseignante se chargea alors de mettre des petites coupelles d’eau liquide aux endroits mentionnés la veille de ma venue. Les enfants récupérèrent leurs coupelles en même temps que j’arrivai dans la classe. Nous avons alors dressé le bilan des expériences.

Je pense que cette séance demanderait à être plus travaillée. En même temps, c’est assez délicat de vouloir vraiment montrer aux enfants comment faire un glaçon, dans la mesure où les processus classiques sont plutôt lents. J’aurais vraiment aimé ramener quelques litres d’azote liquide, mais j’ai dû me résoudre à laisser tomber cette idée, faute de trop de contraintes matérielles (transport jusqu’à l’école).

Séance 6 : à quelle température la glace fond elle ? (30min)

L’idée de cette séance était de distribuer des gobelets, des glaçons et des thermomètres aux élèves, pour leur faire mesurer la température de fonte des glaçons. Bien sûr, c’est assez délicat car les thermomètres à alcool ont un temps de réponse assez lent, et les élèves ont tendance à s’impatienter. Ensuite, on ne mesure évidemment pas strictement zéro degrés, et chaque groupe trouve des températures différentes. J’ai essayé d’expliquer aux enfants pourquoi ils ne trouvaient pas tous les même valeur, et que la glace fond à zéro degré, même s’ils ne trouvaient pas cette valeur, mais je ne suis pas certain que cela soit bien passé. C’est pourtant un aspect intéressant de la démarche scientifique à montrer, mais c’est peut-être encore un peu délicat à cet âge là.

Séance 7 : introduction à l’eau sous forme vapeur (1h30)

Pour cette séance, j’ai été un peu plus libre que pour les autres. Mon but était de montrer aux enfants qu’il n’y avait pas que l’eau liquide et l’eau solide, notamment en essayant de leur prouver que l’eau pouvait être sous forme vapeur.

Dans un premier temps, j’ai montré aux enfants une bouteille pleine d’eau que j’avais mise au frigo quelques jours avant, et que j’avais sorti du frigo quelques minutes avant la séance. Je suis alors passé avec la bouteille dans les groupes, en leur demandant de la manipuler un peu (sans l’ouvrir). Beaucoup commentent, à juste titre, la sensation de froid.

Je leur ai alors demandé de faire plus attention à la surface extérieure de la bouteille. Au bout de quelques minutes, certains ont remarqué que des gouttes d’eau s’étaient formées sur la bouteille ! Je suis alors repassé dans les groupes pour que tout le monde prenne conscience du fait. J’ai alors demandé si quelqu’un pouvait m’expliquer pourquoi des gouttes s’étaient formées. Peu de réactions. J’ai alors essayé de les guider, en tentant de les faire raisonner pas à pas : « on observe que de l’eau liquide est apparue sur l’extérieur de la bouteille. D’où cette eau peut-elle venir ? ».

Un élève a alors proposé une idée intéressante : selon lui, l’eau liquide contenue dans la bouteille s’est un peu « échappée » par le bouchon, et avait en quelques sorte glissée le long de la bouteille. Je lui fais alors remarquer que, bien qu’intéressante, son idée posait le problème de savoir comment l’eau passait par le bouchon (j’appuyai alors à cet effet sur la bouteille, pour bien lui montrer que la bouteille était fermée, et que rien n’en sortait). Je conclus alors : « Donc l’eau qui est apparue sur la bouteille ne provient pas de l’eau dans la bouteille ». Après quelques instants de réflexion, un élève s’écria alors, tel un petit Archimède : « Je sais ! ! L’eau vient de l’air ! ! ». Je fus très heureux. J’expliquai alors qu’il y avait de l’eau dans l’air qui nous entourait, mais que ce n’était pas de l’eau liquide, mais de l’eau sous un nouvel état, et que l’on ne pouvait pas la voir. J’en profitais de plus pour dire que l’eau sous forme vapeur pouvait devenir de l’eau sous forme liquide si on la refroidissait, ce qui me donna le moyen de leur expliquer pourquoi de l’eau était apparue sur la bouteille ! Je leur ai par la même occasion expliqué qu’on pouvait, au contraire, passer de l’eau liquide à l’eau vapeur en chauffant.

Après cela, j’ai fait bouillir de l’eau à l’aide d’une bouilloire électrique, en ayant préalablement montré aux enfants que j’avais mis de l’eau liquide dans la bouilloire. Lorsque l’eau de la bouilloire se mit à « fumer », je demandai aux enfants ce qu’était selon eux le petit nuage blanc au dessus de la bouilloire. Très peu de réponses. Je leur ai alors expliqué le fonctionnement d’une bouilloire électrique, en leur disant simplement que cela servait à chauffer l’eau liquide, de manière à leur faire comprendre que le petit nuage était un mélange d’eau liquide et d’eau sous forme vapeur. Je leur ai ensuite demandé comment l’on pouvait faire pour faire « pleuvoir », en leur montrant que j’avais une petite coupelle de verre à disposition. Un enfant me proposa de mettre la coupelle sur le trou de la bouilloire. Ce
ne fût pas très concluant...

Un autre enfant proposa alors de mettre la coupelle un petit peu plus haut ... Au bout de quelques secondes, des gouttes apparurent, et tout le monde s’émerveilla de voir de la « pluie » !

Après tout cela, je mis à contribution tout ce que nous venions de voir pour expliquer la création des nuages et la pluie (j’appuyai notamment le fait que l’eau sous forme vapeur n’est pas visible, et donc que les nuages sont surtout
fait de petits cristaux de glace). Un enfant me demanda pourquoi les nuages ne montent pas indéfiniment. Nous avons un peu parlé de la neige et des grêlons.

En conclusion, cette séance fût probablement la plus intéressante d’un point de vue de la recherche d’hypothèse et de la réflexion des enfants. J’ai de plus vraiment eu l’impression qu’un déclic s’était fait dans la tête de certains
relativement à l’existence d’un troisième état de l’eau.

Conclusions

En conclusion, cette expérience fut pour moi très enrichissante. J’ai en effet été amené à réfléchir à la façon de présenter des concepts parfois délicats à des élèves de CE1, ce qui oblige à un réel travail de reformulation des idées.
Il faut de plus s’obliger à concevoir une approche attrayante et laissant une part de liberté aux enfants.

J’ai de plus constaté de réels progrès de communication de certains élèves au fil des séances. Je pense que pour eux, un réel déclic s’est amorcé.

D’ailleurs, j’aimerais ici discuter d’un point qui me semble important, mais peut-être trop peu pris en compte par les enseignants (dans ma classe, en tout cas). J’ai constaté à plusieurs reprises ce type de scène :

• L’enseignante : « Pourquoi se passe-t-il cela ? »
• Un élève : réponse incohérente, ou hors-sujet
• L’enseignante : « ça ne veut rien dire ! »
  Et l’enseignante de donner la parole à un autre élève. Je pense que ce type « d’échange » est récurrent en classe, et qu’il est très important d’essayer d’expliquer à l’enfant pourquoi sa réponse n’a aucun sens, quitte à devoir prendre quelques minutes. Bien sûr, l’échange peut alors être profitable à toute la classe ; même s’il est souvent très difficile de capter l’attention des enfants lorsque la question n’est pas d’eux ...

Enfin, la classe dans laquelle je suis intervenu s’est avérée un peu délicate au niveau de la discipline, et cela a souvent beaucoup ralenti les activités (interruption totale pendant quelques minutes, ou simplement propagation de
déconcentration). C’est dommage, car j’ai finalement eu l’impression d’avoir été utile à une poignée d’élèves. Mais je me réconforte en me disant que c’est déjà ça !