Place et rôle des modèles dans l’enseignement des sciences de la Terre
1. Place et rôle des modèles en sciences de la Terre
Un modèle est un outil pour penser. C’est une construction qui constitue une réponse provisoire et partielle à un problème scientifique, réponse qu’il faudra confronter aux réalités du terrain ou aux résultats expérimentaux. Le modèle permet de représenter et d’expliquer la réalité et d’établir des prévisions (fig 1). Un modèle peut être mathématisé, il s’exprime alors sous forme d’équations qui peuvent être implémentées et permettre de réaliser une application informatique permettant de manipuler ce modèle et de réaliser des simulations. Un modèle peut également être un modèle analogique et prendre la forme de maquettes plus ou moins complexes, de schéma ou de toute autre représentation.
2. Enquête sur l’enseignement des sciences de la Terre en classe de seconde
La mise en place du programme de sciences de la Terre actuellement en vigueur pour la classe de seconde en France s’est déroulée dans un contexte difficile lié à la formation initiale des enseignants et à la pauvreté des ressources alors disponibles. Notre recherche, basée sur une enquête diffusée auprès de tous les enseignants de lycée de l’académie de Lyon, vise à caractériser les difficultés rencontrées par les professeurs. Elle montre en particulier que la compréhension du statut du modèle en sciences de la Terre est un obstacle majeur à l’enseignement de cette discipline.
A consulter :
- Questionnaire de l’enquête
- Résultats de l’enquête (tri à plat pour les différentes questions)
- Rapports de recherche
- Publications
3. Démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences de la Terre
3.1. Place et rôles du modèle dans une démarche d'investigation
Dans l’enseignement secondaire, d’une manière générale, les travaux pratiques qui sont mis en œuvre consacrent peu de place à un travail sur les modèles en jeu. Les modèles sont « cachés » aux élèves et les activités proposées ont pour but de les redécouvrir. Par ailleurs, ces modèles sont peu discutés, leur domaine de validité généralement non-défini. Notre projet est de renouveler les démarches dans la classe en rendant au modèle sa fonction d’outil pour penser. Nous proposons que ce modèle soit d’emblée présenté aux élèves comme une construction intellectuelle qui constitue une réponse provisoire et partielle à un problème scientifique, réponse qu’il faudra confronter aux réalités du terrain ou aux résultats expérimentaux. La démarche d’investigation ainsi proposée aux élèves place le modèle au cœur de cette démarche (fig 2), celui-ci sert de point d’appui et donne du sens au travail conduit lors des travaux pratiques.
Fig 2 : Démarche d'investigation en sciences de la Terre
Les tableaux ci-dessous présentent une typologie des séances et des activités qui peuvent être conduites dans la classe (fig 3 et 4). Les séances de classe que nous proposons à titre d’exemple ont été testées dans des classes
| Activités-élèves permettant de s’approprier le modèle (M) M1 Identifier les caractéristiques d’un modèle M2 Identifier les nécessités, les contraintes d’un modèle : « démonter » le modèle M3 Distinguer les données de terrain du modèle M5 Réaliser un modèle analogique M6 Faire fonctionner un modèle analogique Activités-élèves permettant d’éprouver un modèle (EM) EM1 Concevoir un protocole d’observation ou d’expérimentation EM2 Sélectionner des données empiriques pertinentes vis à vis du modèle EM3 Confronter les données empiriques aux caractéristiques ou aux nécessités du modèle EM4 Instancier un modèle : paramétrer un modèle, le contextualiser avec des données du terrain EM5 Compléter un modèle partiel EM6 Faire fonctionner un modèle pour établir des prévisions (simulation) EM7 Identifier le domaine de validité d’un modèle Activités-élèves en relation avec la maîtrise du registre empirique (RE) RE1 Situer des données empiriques dans l’espace ou/et dans le temps RE2 Sélectionner des données empiriques pertinentes au regard de leur lisibilité RE3 Mettre en forme des données empiriques pour faciliter leur lecture RE4 Confronter des données empiriques avec un modèle connu et maîtrisé pour leur donner du sens RE5 Déterminer les caractéristiques du RE à l’aide d’instruments de mesure, d’observation… |
Fig 3 : typologie des activités de modélisation
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S2 Valider un modèle par l’étude d’un contexte géologique donné
S3 Compléter un modèle incomplet par rapport au contexte géologique étudié
S4 Discuter un modèle ancien et inadapté par rapport à des données récentes
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Fig 4 : scénarios pour une démarche d'investigation en sciences de la Terre
3.2. Séances de classe
3.2.1 Préparation et exploitation d’une école de terrain : Chenaillet, Galibier Queyras
Classe de terminale S
Trois séances ont été consacrées à une école de terrain dans les Alpes du sud (Chenaillet, Queyras et Galibier) afin de travailler sur le modèle scientifique d’une chaîne de collision en classe de terminale S. Il s'agit d'un sénario de type S2.
séance 1 (1h30) : préparation de l'école de terrain. A l'aide de Geonote, environnement informatique de travail, les élèves identifient les indices en faveur du scénario "chaîne de collision" et localisent les sites sur lesquels ces indices peuvent être relevés. (Activités : M1, M2, M3 et EM1, EM2)
séance 2 (2 jours) : école de terrain sur les secteurs du Chenaillet, du Queyras et du Galibier, les élèves recherchent les indices sur le terrain, les photographient et les commentent. (Activités : M3, EM2, EM3 et RE1 à RE5)
séance 3 (1h30): exploitation de l'école de terrain, les élèves réalisent leur propre parcours géologique commenté en utilisant le mode édition de Géonote et présentent leurs productions. (Activités : RE1 à RE5 et EM2, EM3, EM4, EM7)
A télécharger:
- Description de la séance
- Fiche consigne de l'élève
- Jeux de données pour Géonote (droit IGN en cours)
A consulter :
3.2.2. Etude d'un modèle de fonctionnement des plaques lithosphériques : le rift Baïkal
Classe de quatrième
Cette séance a pour objectif d’identifier le modèle de fonctionnement des plaques lithosphériques dans la région du lac Baïkal.
Dans un travail préalable, les élèves comparent et identifient les caractéristiques des différents modèles géologiques de frontière de plaque : subduction, collision et accrétion. Dans la séance proposée les élèves accèdent, à l’aide de Géonote, à un certain nombre de données sur le lac Baïkal afin de choisir et d’instancier parmis les différents modèles étudiés celui correspondant à la région explorée. (Scénario de type S2, Activités : M2, EM2, EM3, EM4, EM7, RE1, RE4, RE5)
A télécharger:
- Description de la séance
- Description des données de Géonote
- Fiche consigne de l'élève
- Jeux de données pour Géonote
A consulter :
3.2.3. Identification des causes probables de la crise Crétacé-tertiaire
Classe de terminale S
Expérimentation année 2005-2006 :
Au cours de cette séance les élèves confrontent deux scénarios explicatifs de la crise Crétacé-tertiaire : "impact de météorite" et "volcanisme intense de point chaud".
Les élèves identifient les indices de terrain en faveur de ces deux scénarios, puis, à l'aide de Géonote, ils recherchent les données de terrain datées de - 65 millions d'années qui sont en faveur d'un des deux scénarios proposés. Pour finir, au cours d'un travail collaboratif, des élèves ayant exploré le scénario "impact de météorite" confrontent leur travail avec des élèves ayant exploré le scénario "volcanisme de point chaud", ils argumentent de façon à identifier mutuellement les causes probables de la crise biologique du Crétacé-tertiaire. (Scénario d type S1, activités : M1, M2, EM2, EM3, EM5, EM7, RE1, RE5)
A télécharger:
A consulter :