TraAM Classes inversées 2016-2017

EPI "géosciences appliquées" en classe inversée - Cycle 4 E.N.T moncollègeessonne.fr, NetQuizz, Maskott (Ressource BRNE)

EPI impliquant trois disciplines, SVT, Technologie, Physique-Chimie, en cours de réalisation cette année, autour des géosciences appliquées, utilisant la pédagogie inversée.


- Liaison avec le programme et place dans la progression
- Problème à résoudre et extrait du parcours
- Notions, savoir-faire, compétences
- Outils numériques et ressources

- Déroulement de la séquence
- Retour des impressions des élèves
- Analyse du dispositif

Professeurs expérimentateurs

- LEGLISE-BLANCHARD Nicolas (S.V.T.)
- HILDEBERT Laurence (Physique-Chimie)
- AUGENDRE David (Technologie)

LIAISON AVEC LE PROGRAMME
Niveau concerné Cycle 4 (4ème)
Partie du programme : Partie - La planète Terre, l’environnement et l’action humaine.
PLACE DANS LA PROGRESSION
Chapitre : Des phénomènes géologiques, témoins de l’activité de la Terre.

PROBLÈME À RÉSOUDRE
Comment enregistre-t-on les séismes ? Quelles informations tire-t-on de l’étude des sismogrammes ?

NOTIONS, SAVOIRS-FAIRE et COMPÉTENCES
Notions B.O. 2015 :

Expliquer quelques phénomènes géologiques à partir du contexte géodynamique global.
Le globe terrestre (forme, rotation, dynamique interne et tectonique des plaques ; séismes, éruptions volcaniques).

Les séismes sont enregistrés grâce à des appareils, les sismographes. Le sismogramme obtenu met en évidence l’enregistrement des ondes sismiques. Comme elles se propagent, les ondes sismiques générées par un séisme peuvent être enregistrés en différents endroits du globe terrestre grâce à un réseau mondial de stations sismiques cela permet une meilleure surveillance et une meilleure compréhension de ces phénomènes.
Savoir-faire S.V.T. :
- Mettre en œuvre un protocole expérimental.
- Utiliser des instruments d’acquisition de données.
- Interpréter des résultats et en tirer des conclusions.
- Travail sur la modélisation.
Technologie :
- Étamage.
- Soudure à l’étain.
- Collaborer dans une production commune.
Physique-Chimie :
- Connaître, mesurer, calculer la vitesse du son dans divers milieux.
- Relier la durée parcourue par un son à la durée de propagation.
- Associer des sons à des vibrations.
- Mesurer la fréquence d’un son.
Compétences S.V.T. : Collaborer dans l’acquisition de données nécessaires à la compréhension de phénomènes géodynamiques. Technologie : Collaborer pour la conception et pour la réalisation de capteurs piézométriques. Physique-Chimie : Caractériser et utiliser les propriétés des signaux sonores.
ACTIVITÉ
Durée : 2 heures pour la technologie, 1 à 2 heure(s) pour les SVT et 1 heure pour la physique-chimie.
Total : 4 ou 5 heures.
Coût : 3,50 euros environ par binôme (0,40 euros pour le transducteur piézométrique ; 0,73 euros pour le câble jack 3,5 mm d’1,5m ; 0,55 euros pour l’adaptateur jack ; 15 euros pour la bobine d’étain 2,50 euros pour la pâte adhésive). Sans compter les fers à souder déjà disponibles dans l’établissement. Sécurité : - SVT : Port de lunettes de protection lors de l’expérience de simulation (possibles projections de fragments de matériaux).
- Technologie : Surveillance accrue au niveau des postes de soudure.

OUTILS NUMERIQUES ET RESSOURCES
J’ai utilisé :
- Netquiz
- ENT Essonne (outils « frise chronologique »)
- Vidéo GEP SVT académie Versailles (étude des vitesses des ondes sismiques) :
http://www.svt.ac-versailles.fr/spip.php?article871
- Maskott (Ressource du BRNE cycle 4) accessibles jusqu’en juillet. Cela correspond à deux parcours prêts à être utilisés par les élèves.
Réaliser : Trouver l’épicentre d’un séisme
QR code parcours "Réaliser"Lien court : http://k6.re/1bXIV

S’entraîner : Trouver l’épicentre d’un séisme
QR code parcours "S'entraîner"Lien court : http://k6.re/rKX32

- Logiciel Audacity
- Logiciel LibreOfficeDraw

(- Tablettes)
(- Application WavePad Free)
(Expérimentation durant le stage terrain (24 au 28 avril))

Déroulement global de la séquence

Présentation parcours

Déroulement détaillé de la séquence

L’EPI a été pensé autour de la réalisation d’un dispositif d’enregistrement des ondes dans des matériaux (afin de modéliser l’enregistrement de la propagation des ondes sismiques) et de leur utilisation en S.V.T et en physique-Chimie.

Avant la classe

Cet EPI a été construit sur la base d’une interdisciplinarité indispensable à la façon d’un passage de flambeau entre les disciplines.

En accédant à la communauté « EPI géosciences appliquées » depuis l’ENT du Conseil départemental de l’Essonne les élèves peuvent consulter les différents documents déposés par chaque professeur.
Communauté ENT EPI
Grâce à l’outil « frise chronologique » les dates des différents temps forts de l’EPI sont présentés avec en point d’orgue le stage terrain en Auvergne.

Frise chronologique

Chaque professeur de l’EPI peut, en tant que gestionnaire, ajouter des dates ce qui dynamise ce document commun et permet de concrétiser la nécessité de l’interdisciplinarité pour mener à bien le projet.

Les élèves ont réalisé en technologie un capteur piézométrique en utilisant deux transducteurs piézométriques et un câble jack de 3,5mm. Pour se faire ils ont dû souder les deux fils du câble jack sur le capteur piézométrique comme présenté sur l’image suivante :
Soudure capteur piézométrique

Chaque dispositif est identifié avec une étiquette aux noms des élèves qui les ont réalisés.
Capteur piézométrique
Le professeur de technologie a pris le soin d’expliquer comment fonctionnent ces capteurs (leur polarisation change en fonction des contraintes qui leur est appliquée) et quels peuvent être leurs usages (amplification des sons en musique, pèse-personne, équipement automobile (capteurs de pression des pneus...)). Ceci permettant d’ouvrir la voie à leur utilisation en S.V.T.

En S.V.T., avant la séance de TP, les élèves sont invités à se rendre dans la communauté « EPI géosciences appliquées » et à aller dans la section « documents » afin de faire un rappel sur ce qui a été vu en classe lors de l’étude des phénomènes sismiques avec un exercice de texte à trous. L’élève doit trouver les bons mots manquants parmi une liste de propositions. Il peut s’évaluer, se corriger et envoyer ses résultats à son professeur. L’envoi du document récapitulatif des résultats de l’élève permet au professeur de pointer la progression de chacun (activité réalisée ou non) et le niveau de résultats.

Texte lacunaire

Le texte lacunaire corrigé :
Texte lacunaire corrigé {GIF}

Puis, les élèves doivent élaborer un protocole expérimental permettant d’exploiter leurs capteurs piézométriques dans le but d’enregistrer les vibrations produites lors de la rupture de matériaux ou lorsque ces derniers sont impactés.
Cette activité permet de discuter avec les élèves de la nécessité de modéliser certains phénomènes pour pouvoir les étudier.

Pendant la classe

Les élèves mutualisent (par binômes ou en regroupement de binômes) leur protocole expérimental. Ils doivent produire, en collaborant, une fiche sur laquelle apparaissent la liste du matériel nécessaire et les étapes de mise en œuvre de leur protocole expérimental. La mise en commun du travail des groupes peut se faire à l’oral et permet de confronter les différentes propositions.

Puis, en utilisant leur dispositif les élèves peuvent procéder à l’acquisition de données exploitables par la suite en Physique-Chimie (ce qui permettra de déterminer des vitesses de propagation des ondes notamment).
Pour cela il suffit de placer à l’aide de la pâte de fixation les deux capteurs aux extrémités de matériaux qu’ils peuvent contraindre jusqu’à la rupture ou qu’ils peuvent impacter avec un marteau. Lorsque le matériau est impacté, l’impact est réalisé sur une extrémité du côté de l’un des capteurs. La distance entre les deux capteurs doit être mesurée précisément à l’aide d’un mètre ruban ou de règles et notée sur la feuille de TP.

Ainsi, les élèves ont obtenu des tracés comme celui présenté ci-dessous :

Sonogramme

Chaque trace correspond à un capteur piézométrique.

Les groupes ont légendé leurs tracés grâce à LibreofficeDraw afin de les préparer pour qu’ils soient exploités en Physique-Chimie.
Sonogramme légendé

Les élèves ont, en plus de produire leur compte-rendu de TP, à réfléchir sur la modélisation réalisée lors de la séance de travaux pratiques. Cela permet de discuter de l’intérêt de la modélisation mais aussi de ses limites. Pour cela ils sont amenés à réaliser un exercice (construit grâce à NetQuizz Pro) d’association entre les éléments réels et leur modélisation lors de la séance de TP.
Exercice association

Après la classe

En plus de servir directement à l’enseignement en Physique-Chimie pour la partie : "Caractériser et utiliser les propriétés des signaux sonores" ces données permettent de déterminer la vitesse des ondes dans les matériaux étudiés.
L’écart entre les deux traces permet de déterminer le temps nécessaire pour que les ondes parcourent la distance séparant les deux capteurs piézométriques. Connaissant la distance qui séparait les capteurs piézométriques il est possible de déterminer une vitesse en cm/s qu’il faut convertir en m/s, km/s et km/h.

Les élèves doivent consulter un parcours Maskott (ressource du BRNE) "RÉALISER : Trouver l’épicentre d’un séisme, sciences de la vie et de la Terre (cycle 4)" afin de se renseigner sur la façon dont on peut localiser l’épicentre d’un séisme.

Images des ressources et activités du parcours :
Introduction parcours "Réaliser" {GIF}

Rappels sismologie parcours "Réaliser" {GIF}

Exercice association parcours "Réaliser" {GIF}

Vidéo parcours "Réaliser" {GIF}

Texte lacunaire parcours "Réaliser" {GIF}

Exemple d’évaluation (automatique) du parcours visible par le professeur :
Résultats parcours "Réaliser"

Lors du cours suivant en S.V.T. les élèves utilisent les valeurs de vitesses calculées en Physique-Chimie afin de compléter leur compte-rendu de TP.
Enfin, ils consultent la ressource Maskott "S’ENTRAÎNER : Trouver l’épicentre d’un séisme, sciences de la vie et de la Terre (cycle 4)" et il réalisent la détermination de l’épicentre d’un séisme qui s’est produit dans la région de Gap.

Images des ressources et activités du parcours :

Introduction parcours "S'entraîner" {GIF}

Vidéo parcours "S'entraîner" {GIF}

Exercice parcours "S'entraîner {GIF}

Exemple d’évaluation (automatique) du parcours visible par le professeur :
Résultats parcours "S'entraîner" {GIF}

RETOURS DES ELEVES

L’EPI ne prenant fin qu’après le stage terrain prévu en Auvergne du 24 au 28 avril, l’évaluation n’est que partielle et ne concerne principalement que les SVT.
Mais, globalement les résultats obtenus sont en faveur de l’utilité et de la performance de la pédagogie inversée. Il est néanmoins parfois difficile de dissocier ce qui relève de la pédagogie inversée et ce qui relève du sujet étudié et de la didactique qui le présente.

Questionnaire travail à distance

Le travail préparatoire réalisé à distance a un effet positif pour la plupart des élèves et confirme l’intérêt de ce type de pédagogie. Les élèves en difficulté n’ont pour certains pas joué le jeu et ne se sont pas essayés à la pédagogie inversée, les travaux n’étant pas fait en amont.
Pour ceux qui ont essayé, les résultats obtenus se sont améliorés par rapport à ceux obtenus auparavant. Mais le travail collaboratif masque les hétérogénéités au sein des groupes au niveau du travail rendu.

Questionnaire travail préparatoire EPI

16% des élèves n’a pas réalisé l’activité préparatoire pour diverses raisons (problèmes pour récupérer ou exploiter la ressource, mauvaise volonté ou manque d’envie) ce qui fausse les résultats obtenus. Les élèves en réussite n’ont pour certains pas trouvé utile de préparer l’activité avant de la réaliser en classe. Pour autant, ces élèves n’ont pas tous réussi l’activité sans difficulté.
52% des élèves ont un jugement positif par rapport aux apports de la pédagogie inversée.

Questionnaire collaboration
La collaboration s’est révélée indispensable au cours des séances de travaux pratiques. Elle a été rendue obligatoire par l’organisation de ces séances. C’était une volonté et il est intéressant de voir que certains élèves aient jugé la collaboration motivante.

Questionnaire EPI et pédagogie inversée
Discriminer dans ces résultats la part qui revient à la pédagogie inversée de celle qui revient à l’EPI n’est pas évident. Aussi, dans la pratique je dirais que l’EPI et la pédagogie inversée se nourrissent l’un l’autre. L’aspect déstabilisant de cet EPI souligné par certains élèves nait du décloisonnement entre les matières. Sûrement faut-il insister sur le travail par compétences afin de poursuivre les travaux interdisciplinaires.

Questionnaire fréquence pédagogie inversée
Cette question marque une adhésion des élèves à la pédagogie inversée. Néanmoins, plus d’un tiers des élèves ne souhaite pas que leurs professeurs aient recours systématiquement à cette forme de pédagogie. Le manque de recul (des professeurs comme des élèves) dans l’organisation et dans la réalisation de cet EPI explique peut-être cette réticence. Charge à nous d’améliorer cet EPI pour l’année suivante.

ANALYSE DU DISPOSITIF

Plus-values dégagées La pédagogie inversée permet dans le cadre de l’EPI de faire progresser un projet interdisciplinaire. Chaque étape de la réalisation de l’EPI constitue un travail pratique et réflexif sur l’utilité de ce qui a été fait et sur ce que cela permettra de faire. Les plus-values propres à la pédagogie inversée sont mêlées à celles du travail en EPI. C’est le cas notamment de la motivation des élèves qui semble autant nourrie par le travail sur un projet commun que par cette forme pédagogique.
Les exercices de rappels permettent de vérifier voire et de renforcer l’acquisition des connaissances des élèves. Ainsi, les élèves qui sont en difficulté peuvent de cette façon prendre davantage part au cours.
Difficultés rencontrées Dans le cadre des EPI les principales difficultés se cristallisent autour de l’organisation de l’EPI et de la progression de chaque discipline. Dans notre cas, sans les capteurs piézométriques, l’EPI tel qui l’a été conçu perd son sens.
Pour certains élèves, la réalisation d’une étape dans une discipline, qu’ils savent nécessaires pour la progression du projet semble les dispenser de réaliser les travaux préparatoires effectué à distance.
Pistes d’amélioration Afin d’accroitre l’intérêt et l’implication des élèves on peut songer à une scénarisation qui mettrait les élèves dans la peau de sismologues qui doivent surveiller l’activité géologique d’une région (création d’outils de capture de données, localisation d’un séisme...).

L’acquisition des données peut se faire uniquement lors du stage terrain durant lequel, grâce aux tablettes fournies par le Conseil Départemental et à l’application gratuite WavePad Free, les élèves peuvent placer leurs capteurs directement sur les affleurements. Ainsi, il sera possible d’obtenir dans les mêmes conditions des données pour différents types de roches difficilement utilisables en classe. Le dispositif peut aussi être utilisé en musique. Ainsi, inclure la musique dans l’EPI peut-être une idée à exploiter.

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