Une boîte à outils pour développer l’autonomie technique des élèves (version septembre 2016)

La boîte à outils peut être utilisée lorsque l’élève est placé en autonomie pour concevoir et réaliser une manipulation. Elle intervient lorsqu’il a décidé dans sa démarche de ce qu’il veut faire ou mesurer, et dans quelles conditions. Développée dans le cadre des enseignements d’exploration, elle peut aussi servir pour les TPE ou pour toute séance où on laisse de l’autonomie à l’élève.

Evolution de cette version 2016

Conçue au départ pour être utilisée dans une exploration en Seconde, la Boîte à Outils SVT évolue aujourd’hui sous l’influence de l’ECE (Evaluation des Capacités Expérimentales), pour mieux y préparer :
- le menu reprend les étapes 2 et 3 de l’ECE

- d’assez nombreuses fiches ont été ajoutées, correspondant à des manipulations réalisées en Première S (enregistrement des ondes avec Audacity et des capteurs piézométriques, antibiogramme...) et Terminale S (Test Elisa ou Ouchterlony, dissection de fleur...). Ces fiches reprennent lorsque c’était possible des éléments des fiches techniques du site OUTILS pour les ACTIVITÉS PRATIQUES sur le site de l’académie de Toulouse.
Plusieurs fiches ont été ajoutées aussi pour la partie Présentation des résultats.
- les pictogrammes de sécurité apparaissent dans la liste de matériel, pour mieux former à la prise en compte des précautions de façon réfléchie et autonome, comme attendu à l’ECE.

Sommaire

- Pourquoi une boîte à outils ?
- L’origine de la boîte à outils
- L’autonomie technique
- Où utiliser la boîte à outils ?
- Comment utiliser la boîte à outils ?
- Comment naviguer dans la boîte à outils ?
- Exemple d’utilisation dans le nouveau programme de 2nde
- Suivre un programme en se permettant de laisser de l’autonomie
- Les limites de la boîte à outils
- Ajouts de la version avril 2011
- Accéder à la boîte à outils

Pourquoi une boîte à outils ?

L’ignorance des outils et de leur utilisation est un obstacle à l’imagination de l’expérience avant d’en être un à sa réalisation.
En effet il arrive bien souvent lorsqu’on demande la conception d’un protocole que l’obstacle soit non pas que l’élève ne sache pas ce qu’il faut faire mais qu’il ne sache pas comment le faire. Les deux sont d’ailleurs souvent confondus dans l’esprit des élèves, d’où l’obstacle.

L’élève doit savoir ce qui est faisable dans le cadre de la classe (notion de stratégie réaliste de l’ECE) et savoir (et comprendre) comment faire. L’idée est donc de le libérer du comment pour mieux le laisser travailler sur le quoi. La navigation dans la boite à outils reflète cette conception en se faisant par action.

La boîte à outils intervient donc lorsque l’élève sait ce qu’il veut faire et dans quelles conditions. Il doit avoir défini au préalable le principe général de son expérience : ce qu’il mesure, ce qu’il fait varier... c’est à dire lorsqu’il a conçu sa stratégie. La boîte à outils est une aide sur le plan technique qui aidera l’élève à concrétiser et réaliser son protocole.

Dans la structure de raisonnement de l’ECE, la boîte à Outils SVT peut entrer en jeu au moment même de la définition de la stratégie, pour préciser la technique à utiliser. La Boîte à Outils SVT est une ressource pour que l’élève trouve ou retrouve seul cette technique nécessaire.

L’origine de la boîte à outils

La boite à outils a d’abord été conçue pour l’option MISVT expérimentée avant la réforme du lycée.
En MISVT pouvaivent exister des séances préparatoires de prise en main des outils, très encadrées, comme aujourd’hui dans les enseignements d’exploration. En effet l’utilisation des outils est rarement intuitive et ne s’invente pas. Il est souvent difficile d’avoir une autonomie réelle sur un outil qui n’a jamais été vu. Il sera plus efficace que l’élève reprenne de son propre chef un outil qu’il connaît et l’adaptant à une nouvelle situation.

Par ce type de séance guidée se constitue une « boîte à outils », dans laquelle les élèves pourront choisir lors des séances ultérieures dans lesquelles auront plus d’autonomie, les élèves ne travaillant alors par exemple pas tous sur le même thème et n’ayant donc pas besoin des mêmes outils au même moment. Ce sera alors bien à eux de choisir leur outil et à eux de le paramétrer. Ils sauront ce qu’il est possible de faire et auront appris comment le faire.

Il est toutefois difficile de multiplier les séances guidées de façon à présenter tous les outils possibles. Un complément à ces séances guidées est de laisser à disposition une « boîte à outils » rassemblant un ensemble des fiches techniques déjà complétées, et dans laquelle l’élève va pouvoir piocher en fonction de ce qu’il désire faire. L’autonomie est donc ici à deux niveaux : dans le choix de l’outil pris dans la « boîte » et dans son paramétrage. La boîte à outil se substitue à des fiches techniques complétées par les élèves mais la démarche est la même.

L’autonomie technique

L’indépendance dans laquelle l’élève n’a pas besoin du professeur, par exemple en recevant un protocole très précis qu’il n’aura qu’à suivre comme une recette sans se poser de question, n’est pas l’autonomie dans laquelle l’élève choisit ce qu’il va mesurer et donc l’outil adapté et choisit les paramètres de la mesure. Cela suppose une compréhension de ce qui va être fait, des paramètres qui entrent en jeu dans la mesure et de l’outil, avec ses limites. Etre autonome techniquement, c’est donc, après avoir conçu le protocole et donc déterminé paramètres variable et mesuré :

- Être capable de choisir l’outil

- Être capable d’utiliser l’outil

- Connaître les limites de l’outil

Cette autonomie est celle demandée à l’Evaluation des Capacités Expérimentales en Terminale S dans laquelle on demande aux élèves d’utiliser des outils dont ils ont acquis la maîtrise au cours des années précédentes pour répondre à un problème, avec comme aide mémoire une fiche technique générale sur l’outil.
C’est la même autonomie qui est demandée lors des TPE. On attend des élèves qu’ils s’engagent pour répondre à la problématique dans une démarche expérimentale et passent par la conception et la réalisation d’un protocole. Il sera plus formateur pour les élève de construire leur expérience que de suivre un protocole trouvé sur internet et qui se révèlera souvent banal ou inadapté.

Où utiliser la boîte à outils ?

Les enseignements d’exploration sont un lieu privilégié pour acquérir cette autonomie technique, à la fois par le temps disponible pour la recherche, mais aussi par la manière dont les séances peuvent être menées par le professeur.
Mais la boite à outils peut dépasser ce cadre et elle trouvera naturellement sa place dans les TPE mais aussi dans toute séance où on voudra laisser plus d’autonomie, quel que soit le niveau (voir des exemples d’utilisation)

Comment utiliser la boîte à outils ?

La boîte à outils intervient lorsque l’élève a décidé dans sa démarche de ce qu’il veut faire ou mesurer, et dans quelles conditions.

Il se reporte alors à la boîte à outils pour prendre connaissance du « comment », d’où la présentation choisie. Les indications données ne sont pas des protocoles qu’il suffit d’appliquer. La boîte à outils ne dit pas comment mettre en évidence la respiration des Levures, elle indique comment mesurer un taux de dioxygène. Il faut adapter et paramétrer en fonction de ce que l’on veut faire. Il devra aussi penser seul à ajouter de la matière organique.

Dans la plupart des cas néanmoins, il sera préférable que la boîte à outils n’intervienne qu’après que l’élève aura eu un premier contact avec l’outil, guidé par l’enseignant. Par exemple pour l’ExAO une première séance de prise en main avec la sonde à dioxygène, avant de laisser les élèves en autonomie avec d’autres capteurs qu’ils choisiront au gré de leurs recherches sur d’autres thèmes.
La boîte à outils ne se substitue évidemment pas au professeur et ne peut permettre à elle seule la maîtrise de l’outil.

Comment naviguer dans la boîte à outils ?

La navigation se fait selon ce qui est à faire :
- Depuis la page d’accueil d’abord en choisissant le stade de la démarche où on se situe : s’agit-il de mettre en oeuvre un protocole (décomposé en Observer, Mettre en évidence, Mesurer ou estimer, Enregistrer, Comparer et Traiter des données), ou bien de Présenter les résultats déjà acquis ?

Ensuite en choisissant précisément l’action que l’on veut réaliser : par exemple dans la partie Mettre en oeuvre un protocole, mesurer la concentration de dioxygène.

Autant que possible dans les pages figurent :

  • une présentation de la grandeur mesurée ou du principe de la technique,
  • les instructions pour utiliser l’outil
  • le cas échéant des indications sur ses limites.

- Le menu présent en permanence permet de passer plus facilement d’une page à une autre.

Exemple d’utilisation dans le nouveau programme de 2nde

On prend ici un exemple dans le Thème 3 – Corps humain et santé : l’exercice physique.

ConnaissancesCapacités et attitudes
L’effort physique augmente la consommation de
dioxygène :
- plus l’effort est intense, plus la consommation de
dioxygène augmente
Concevoir et/ou mettre en œuvre un protocole
expérimental (ExAO, spirométrie, brassard, ...)
pour mettre en évidence un ou plusieurs aspects du
métabolisme énergétique à l’effort (consommation de
dioxygène, production de chaleur,…).
Au cours de l’effort un certain nombre de paramètres
physiologiques sont modifiés : fréquence cardiaque,
volume d’éjection systolique (et donc débit cardiaque) ;
fréquence ventilatoire et volume courant (et donc débit
ventilatoire) ; pression artérielle.
Concevoir et/ou mettre en œuvre un protocole
expérimental (en particulier assisté par ordinateur)
pour montrer les variations des paramètres
physiologiques à l’effort.

Le programme se prête ici à des mesures en ExAO : consommation de dioxygène, débit ventilatoire et fréquence cardiaque, pression artérielle pour la comparaison entre le repos et l’effort.
Toutes ces mesures font appel à des logiciels dédiés qui ne seront pas réutilisés par la suite dans d’autres parties du programme ou dans d’autres classes. Il n’est donc pas obligatoire que tous les élèves sachent utiliser chacun d’eux.

Dans une séance guidée on construit chaque protocole avec la classe, collectivement ou en laissant un temps à chaque élève pour le faire, on présente le matériel, on fait faire puis on exploite successivement toutes ces mesures, sur deux ou trois séances selon l’enseignant.

Ici on part d’un document d’appel pris dans la schémathèque de Dijon et dans lequel on a laissé que le décor :

Cela permet de faire un rappel du collège et surtout de guider les hypothèses sur les modifications induites dans ce schéma lorsque l’organisme fait un effort.

Sur leurs connaissances ou guidés par le documents, les élèves pourront formuler par exemple les hypothèses suivantes :
- augmentation de la consommation de dioxygène
- augmentation de la consommation de glucose
- augmentation de l’activité des poumons
- augmentation de l’activité du cœur

hypothèses qui correspondent aux objectifs du programme.
On pourra avoir en plus :
- augmentation du rejet de dioxyde de carbone
- augmentation du sang au niveau des organes
- augmentation de la sueur
...
et d’autres hypothèses plus ou moins testables et qui viendront enrichir les conclusions.

On peut alors laisser à chaque binôme le soin d’élaborer un protocole pour vérifier leur hypothèse. ( Pour l’hypothèse sur le glucose on pourra prévoir un document).
On leur donne ensuite l’accès à la boîte à outils pour qu’ils voient par quels moyens techniques ils pourront le réaliser.

Ils peuvent alors demander leur matériel, immédiatement ou pour la séance suivante, et expérimenter.

Dans le cas où l’ExAO n’aurait pas déjà été utilisée dans l’année, le professeur pourra prendre un temps préalable à la manipulation pour présenter le matériel, notamment les sondes, pour souligner les précautions à prendre pour préserver le matériel.

Après expérience, on demande à quelques binômes de venir présenter leur travail à la classe.
C’est au cours de cette mutualisation que l’enseignant pourra discuter le protocole, distribuer les résultats pour l’ensemble de la classe et en approfondir l’exploitation et demander à toute la classe de la faire.

Comparaison séance guidée et en autonomie

Séance Séquence guidée Séquence en autonomie
Séance 1 Document d’appel, Pose de la problématique, Hypothèse : augmentation de la consommation en dioxygène, Construction du protocole, Mutualisation, Présentation du matériel, Réalisation des mesures, Exploitation des résultats Document d’appel, Pose de la problématique, Hypothèses : - augmentation de la consommation en dioxygène, - augmentation de la consommation en glucose, - augmentation du rejet en dioxyde de carbone, - augmentation de la ventilation, - augmentation de la fréquence cardiaque, Conception des protocoles, à l’aide de la boîte à outils, Préparation des listes de matériel, Analyse des résultats sur la consommation de glucose
Séance 2 Pose de la problématique, Hypothèse : augmentation de l’activité ventilatoire/augmentation de l’activité cardiaque, Construction des protocoles, Mutualisation, Présentation du matériel, Réalisation des mesures, Exploitation des résultats Présentation du matériel, Réalisation des mesures, Exploitation de leurs résultats par les binômes, Mutualisation et approfondissement de l’exploitation

- Un autre exemple en TPE

Suivre un programme en se permettant de laisser de l’autonomie

Développer l’autonomie des élèves demande du temps : le temps pour eux d’explorer leur propre voie en se posant leurs questions, d’y chercher leurs réponses, de concevoir et réaliser leur expérience, d’exploiter leurs résultats, d’en faire la critique. Cela paraît peu compatible avec les obligations des programmes, en termes de durée, qui est limitée, et de contenu qui doit être le même pour tous.

- Le temps.
La contradiction n’est qu’apparente car en pratique les voies explorées simultanément par différents élèves sont souvent celles qui auraient été vues successivement par tous dans une démarche guidée. Il n’y a donc pas perte de temps.
L’utilisation de la boîte à outils permet aussi de gagner du temps car chaque binôme a accès direct à l’information technique dont il a besoin et n’a pas à attendre l’arrivée et les explications du professeur, qui peut lui se concentrer sur la discussion sur la démarche.

- Un programme commun.
Il faut donc se poser la question selon les notions et les TP : est-ce que cette expérience ou ce protocole est fondamental et dans le cas où la réponse est oui alors tous les élèves font la même chose. Si la réponse est non, si ce protocole est dispensable et ne manquera pas à ceux qui ne l’auront pas directement réalisé mais se le seront juste vu présenté, alors on peut privilégier la démarche autonome.
La mutualisation des résultats, par une correction commune ou par une présentation réalisée par les élèves devant leurs camarades, fait que tous les élèves ont eu toute l’information.
Il faudra ici prévoir des copies des différents résultats pour que tous repartent avec une trace de ce que les autres ont fait.

D’un point de vue pratique, ce type de séance pose plusieurs difficultés :
- Comment avoir les hypothèses qui correspondent aux points du programme ?
Il sera préférable de choisir une partie du programme dans laquelle les élèves possèderont assez d’acquis pour ne pas se trouver dans un domaine nébuleux où ils ne pourront pas imaginer de réponse.
Le document d’appel peut aussi jouer un rôle ici en contenant les germes des réponses. On peut aussi prévoir un document complémentaire.

- Quel matériel préparer ?
On peut imaginer dans le cadre d’un problème précis ce que les élèves vont demander pour réaliser leur protocole. On peut donc essayer de prévoir ce qui sera nécessaire avant la séance (mais on ne sait pas qui va demander quoi et on risque souvent les surprises. De plus la présence du matériel dans la salle peut influencer les élèves.)
Il est parfois possible pour contourner cela d’étaler sur deux TP et de demander pour la fin du premier que chaque binôme laisse une liste de matériel qu’ils trouveront à la séance suivante, ce qui leur permettra de commencer directement à la séance suivante.

- Comment aider les élèves à choisir et utiliser le matériel ?
Il y a autant de protocoles possibles, et donc de matériel, que de binôme et donc il est difficile à un seul enseignant de passer voir chaque groupe pour leur expliquer concrètement ce qu’il leur faut et comment l’utiliser.
C’est ici que la boîte à outils peut intervenir. Elle pourra être un soutien pour l’enseignant dépourvu du don d’ubiquité dans cette situation où le matériel demandé sera aussi divers que les hypothèses et les protocoles proposés.
Si les élèves savent ce qu’ils veulent faire, ils pourront trouver avec quoi et comment dans la boîte à outils.
Dans l’idéal le matériel qu’il pourront demander ressemblera à quelque chose qu’ils ont déjà utilisé.

Les limites de la boîte à outils

La première limite de la boîte à outils est que bien sûr il n’y a pas toutes les manipulations possibles. J’ai mis toute les techniques utilisées au lycée auxquelles j’ai pu penser, en me limitant à celles pour lesquelles nous pouvions posséder le matériel. Toute suggestion pour combler une lacune est la bienvenue.

Les outils correspondent à certains logiciels seulement. C’est une autre limite de cette boîte à outils : tous les établissements n’utilisent pas les mêmes logiciels et donc elle n’est adaptée à tous les établissements. Il est toutefois loisible pour chacun d’enrichir la boîte à outils avec des pages correspondant à d’autres fournisseurs ou d’autres suites logicielles et dans ce cas de me contacter pour enrichir la boîte à outils.

Une autre limite de la boîte à outils sera de rester à jour puisque de nouvelles versions des logiciels paraissent régulièrement et de plus en plus rapidement.

Le parti qui a été pris a été de prendre simplement comme exemples les logiciels qui semblaient les plus utilisés et dans les versions les plus récentes que j’avais à ma disposition.

Accéder à la boîte à outils ?

- Accéder en ligne

Pour toute suggestion, remarque ou erreur à signaler, me contacter : Bruno Boucher

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