UN EXEMPLE D'ENSEIGNEMENT-APPRENTISSAGE
DES SÉISMES À L'ÉCOLE ÉLÉMENTAIRE
Jean-Louis ROUBAUD (*,**), Michel CORSINI (*,**), Jean DELTEIL (*,***)
*Groupe Quartz, **IUFM de Nice, ***UMR Géosciences Azur
MOTS-CLÉS : SÉISMES - GÉOLOGIE - APPRENTISSAGE - ENSEIGNEMENT – SITE INTERNET
RÉSUMÉ : L’enseignement des séismes met en jeu des concepts scientifiques : force, déformation rupture, vibration. L’analyse des conceptions d’élèves du cycle 3 de l’école élémentaire française sur les séismes, montre l’existence d’obstacles liés à ces concepts. Notre propos est de construire des séquences au cours desquelles, à l’aide d’un matériel approprié, les élèves peuvent appréhender ces concepts dans une démarche expérimentale. La production et l’évaluation de fiches thématiques seront mises en œuvre à partir d’un site Internet.
SUMMARY : Teaching seismology involves scientific concepts : stress, strain, faulting, vibration,… The analysis of the pupil's perception of the concepts of seismology in the third cycle, in French elementary school, clearly shows the existence of a certain number of obstacles, hindering access to these concepts. Our objective is to build sequences in which pupils, with appropriate materials, could build models to put these concepts into practice, within an experimental approach. The production and evaluation of thematic educational files will be accessible from an internet site.
1. INTRODUCTION
Le travail que nous présentons ici s'inscrit dans la réflexion plus large d'un groupe de recherche sur l'enseignement de la géologie à l'école primaire (Deunff J. & al., 1995). Dans un premier temps, nous rendons compte de la façon dont nous avons conçu un module d'enseignement sur les séismes à l'école élémentaire. Après avoir développé une séance, nous verrons l'importance que revêt l’interaction entre utilisateurs et concepteurs. Nous verrons enfin comment nous envisageons la structure d'un site Internet (cf. également l'article de M. Laperrière dans ces Actes) pour répondre aux problèmes que nous avons soulevés : interaction entre concepteurs et utilisateurs et utilisation du site en vue de provoquer une réflexion de l'utilisateur sur l'enseignement de la géologie à l'école élémentaire.
2. CONCEPTION DU MODULE D'ENSEIGNEMENT
Nous avons dans un premier temps recherché, en relation avec les programmes et textes officiels relatifs à l'école élémentaire (CNDP, 1995 et BO du 26/08/99), les domaines que le thème séisme permettait d'aborder à l'école élémentaire. Cette réflexion est formalisée par le schéma de la page suivante. À partir des séismes, quatre champs de connaissances nous paraissent essentiels pour une réflexion sur la mise en place de séquences d'enseignement : physique du solide, géodynamique interne, structure du globe et les risques liés aux séismes. À ces domaines sont associés des phénomènes : propagation des ondes, destructions… ; des concepts : rupture, énergie… Il nous a semblé incontournable d’aborder le thème par la physique du solide, car séismes et ruptures sont des phénomènes si proches en sciences de la terre qu'il est impossible de parler de l'un sans faire référence à l'autre. Nous avons développé un module de 4 séquences qui, bien qu'en relation entre elles, peuvent être réalisées dans un ordre indifférent : S1, Etudier le comportement de différents matériaux solides soumis à des forces. Déterminer des conditions menant à la rupture ; S2, Découvrir et caractériser les phénomènes qui accompagnent la rupture. Genèse, propagation et atténuation (avec l'éloignement) d'une vibration ; S3, Comparer la rupture expérimentale d'un matériau avec les effets d'un tremblement de terre ; S4, Simuler un tremblement de terre.
Nous avons en perspective le développement de modules s'intéressant aux autres domaines. Nous développons ci-dessous la séquence 1 (voir page suivante).
3. COMPORTEMENT DE DIFFÉRENTS MATÉRIAUX SOLIDES SOUMIS À DES FORCES
3.1 Objectifs
La mise en place de cette première séquence répond à plusieurs objectifs :
- Faire comprendre aux enfants que la déformation des matériaux solides est la conséquence d'une sollicitation (un effort exercé sur le matériau).
- La réponse du matériel (son comportement mécanique) dépend à la fois : des conditions physiques imposées : nature (compression, traction) et intensité de l'effort imposé, température (pâte à modeler…), et, pour des objets de formes et de dimensions semblables, de la nature des matériaux : bois, métal, polystyrène, béton cellulaire, caoutchouc, pâte à modeler, brique…
- Anticiper sur l'étape suivante à partir d'une observation des phénomènes.
- Apprendre à consigner des résultats (formaliser la comparaison entre les différents essais).
3.2 Obstacles
Un questionnement préalable montre que certains enfants attribuent les qualités de résistance des matériaux à la taille de l'objet, indépendamment de sa nature : plus c'est gros et plus ça résiste. À l'inverse, pour certains, c'est la nature du matériau qui "décide" de la résistance de l'objet : "c'est en fer donc ça ne casse pas".
3.3 Matériel
Serre-joints, poids, ficelle, baguettes en bois, polystyrène, béton cellulaire, de tailles et de formes voisines (pour dépasser l'obstacle lié aux dimensions des objets), un niveau qui permet d’illustrer la déformation souple qui précède la rupture des baguettes.
3.4 Déroulement de la séance
La séquence peut être prévue en une ou deux séances en fonction du déroulement. Des poids de plus en plus lourds sont successivement accrochés aux baguettes, dont les comportements sont observés.
Avant toute manipulation, les élèves sont invités à faire des hypothèses sur ce qui va se passer : ça va plier, ça va casser, ça ne va pas bouger etc.
3.4.1 Prédictions des enfants
Les baguettes sont toutes de tailles et de formes semblables de façon à ne pas introduire de variables supplémentaires. Dans une classe de 23 élèves, avec une charge de 20g, les élèves font les prédictions suivantes :
- Avec du polystyrène, 6 élèves pensent que "ca va pencher", 9 "que ça ne bouge pas", 5 "que ça va craquer" et 3 sont sans opinion.
- Avec du bois, tous les élèves pensent que "ça ne va pas bouger", même chose avec le béton cellulaire. Au fur et à mesure que l'expérimentation avance, les prédictions des élèves vont évoluer. Les représentations qu'ils avaient sur le comportement des matériaux utilisés changent, cependant des comportements inattendus vont apparaître : à partir d'une certaine charge, le polystyrène ne retrouve plus sa forme initiale.
3.4.2 Observations
Les observations sont consignées dans des tableaux qui permettront une synthèse des résultats et leur interprétation. Après ces prédictions qui seront renouvelées à chaque étape, les élèves sont invités à consigner les observations dans des tableaux. Ces observations sont d'ordre visuel d'une part : "ça penche", "ça penche légèrement on le voit avec le niveau", "la barre reste arrondie"… et auditif d'autre part : "on entend un craquement mais la barre ne cède pas", "on entend un craquement la barre cède"… L'expérimentation montre des comportements différents avec les trois matériaux choisis en fonction des charges appliquées. Le polystyrène va très vite plier puis garder la mémoire de la charge en ne retrouvant plus sa forme initiale, et enfin céder. Le béton cellulaire va très peu changer de forme avant de céder brutalement dans un grand craquement. Le bois enfin va changer légèrement de forme, mais ne cèdera pas.
3.5 Évaluation
Une évaluation peut être proposée aux enfants sur leur capacité à établir une chronologie et/ou des liens de causalité entre les évènements. Une nouvelle séquence avec d'autres matériaux en faisant cette fois jouer la variable forme, ou encore la variable « état » (échantillon de pâte à modeler sortant du réfrigérateur et échantillon à température ambiante) peut-être mise en œuvre pour vérifier si les élèves adoptent des comportements pertinents en relation avec la séquence antérieure.
4. L'EXPÉRIMENTATION PAR UNE ENSEIGNANTE
Cette séquence a été donnée à tester à une enseignante dans sa classe à partir de la fiche que nous voulions proposer sur le site Internet. Des membres de l'équipe Quartz de Nice étaient présents pour observer son déroulement. Dès le départ, il est apparu que l'enseignante et ses élèves prenaient une fausse piste. En effet, lors de l'élaboration de cette fiche et de ses objectifs, il était pour nous implicite que l'étude des déformations et de la rupture observées sur différents matériaux devait permettre une meilleure compréhension du comportement des matériaux de l'écorce terrestre soumis à des contraintes. Pour l'enseignante et ses élèves, les différentes expériences avaient été réalisées pour tester les propriétés des matériaux constituants les bâtiments construits par l'homme. Le questionnement des élèves portait alors sur la plus ou moins grande résistance des constructions suivant qu'elles étaient construites en bois ou en béton ou encore en polystyrène. Cette observation nous conduit à deux niveaux de réflexion. Il nous faut dans un premier temps redéfinir de façon plus précise les objectifs de cette séquence que le référent de l'enseignante a naturellement conduit à interpréter. La mauvaise interprétation de cette séquence serait passée inaperçue sans la présence des observateurs. Sans doute qu'en réalisant les autres séquences, l'enseignante aurait mieux perçu la logique du module. Il est aussi légitime de penser que d'autres enseignants avec d'autres référents auraient pu emprunter d'autres pistes. Dans un second temps, cette constatation nous a conduit à réfléchir à l'élaboration d'un nouveau module d'enseignement-apprentissage sur les risques relatifs aux séismes et plus particulièrement sur les normes de construction antisismique. L'objectif étant alors de montrer que plus que la nature des matériaux employés pour la construction, c'est l'agencement des différents éléments de cette construction qui permet l'amortissement des ondes issues d'une rupture des roches dans le sous-sol.
5. LE SITE INTERNET
La volonté de l'équipe est de construire un site qui ne fournisse pas seulement des activités "clés en main" à l'utilisateur, mais qui permette une réflexion sur ses pratiques. Pour ce faire, nous avons adapté la structure du site de manière à provoquer un cheminement au travers des différentes rubriques proposées. L'article de M. Laperrière apporte, à cet égard, des précisions avec notamment une réflexion sur la mise en place d'un système expert. Il nous semble également important d'élaborer un dispositif qui permettrait une interaction efficace entre les utilisateurs et les concepteurs du site.
6. CONCLUSIONS
À l'issue de cette étude, l'interaction entre l'utilisateur et le concepteur apparaît indispensable pour assurer une vigilance épistémologique (Chevallard, 1991) entre l'objet d'enseignement proposé et l'objet effectivement enseigné. Une sérieuse réflexion doit être engagée dans ce sens, pour la mise en place du site Internet sur lequel nos fiches seront proposées.
BIBLIOGRAPHIE
CHEVALLARD Y., La transposition didactique, Grenoble : La pensée sauvage, 1991.
DEUNFF J. & al. Contributions à la définition de modèles didactiques pour une approche de la
géologie à l'école élémentaire et dans la formation des maîtres, CRDP de Poitou-Charentes, 1995.
MINISTÈRE DE L'ÉDUCATION NATIONALE, Programmes de l'école primaire, CNDP, 1995. MINISTÈRE DE L'ÉDUCATION NATIONALE, Documents d’application des programmes de l’école élémentaire, B.O. N°7 du 26 août 1999.
