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Auteurs: Kieffer, Yann.

Titre: Utilisation des TICE au collège en Sciences de la Vie et de la Terre.

Source: CRDP d'Alsace 2004.

La publication est faite avec l'aimable autorisation de l'auteur.



Yann Kieffer

Utilisation des TICE au collège en Sciences de la Vie et de la Terre

Les Sciences de la Vie et de la Terre sont des disciplines pratiques qu’il n’est pas toujours facile de vulgariser afin de les rendre accessibles à un public de collégiens. Les manipulations ne sont pas systématiquement faisables (soit pour des questions matérielles, soit pour des raisons fonctionnelles) et c’est pourtant un élément essentiel dans l’enseignement de cette matière. En effet, l’expérience permet de matérialiser un phénomène et attire l’attention de l’élève afin d’assurer une meilleure compréhension et mémorisation.

Une expérience peut ainsi être faite par le professeur, mais l’idéal est de rendre l’élève acteur et responsable de sa propre manipulation. Si l’expérimentation n’est cependant pas faisable, l’outil informatique se substitue au réel et permet le passage du concret à la modélisation et inversement.

Ainsi, les Techniques de l’ Information et de la Communication pour l’ Enseignement (TICE) vont aujourd’hui parfaitement s’intégrer dans la démarche pédagogique et ont même un atout essentiel : l‘intérêt suscité chez l’élève.

L’ordinateur devient un outil incontournable dans les vies du professeur et de l’élève, et on parlera même plutôt de postes multimédias puisque les postes sont maintenant reliés à Internet, reliés entre eux, et reliés aux autres outils de communication que sont les téléviseurs, vidéo-caméras et autres appareils d’ ExAO …

Au collège, deux outils restent cependant privilégiés :

  1. Internet qui met à disposition de l’enseignant des documents (schémas, photographies, illustrations, textes scientifiques, etc.) et des logiciels. Il permet également d’échanger des idées et s’informer sur les pratiques des collègues. Cet outil est accessible au plus grand nombre, dont les élèves eux-mêmes qui peuvent effectuer leurs propres recherches depuis l’établissement scolaire ou alors, de plus en plus, depuis chez eux.

  2. les logiciels (d’ailleurs souvent récupérés sur Internet …) qui ont d’autres intérêts : d’une part, la simulation d’expériences irréalisables en classe, et d’autre part l’élève devient acteur face à un problème (qu’il aura à cœur de résoudre puisque le support le motive). De plus, tous les élèves (à condition de travailler en effectif réduit) peuvent être amenés à travailler ensemble mais aussi individuellement (en binôme tout au plus). Certains logiciels sont ainsi de véritables exercices, alors que d’autres sont des modèles qui s’adressent au professeur afin d’illustrer un phénomène. Une notion « théorique » devient alors plus concrète grâce à une simple animation

Associés à ces deux premiers outils, il ne faut pas non plus oublier l’ Expérimentation Assistée par Ordinateur (ExAO) qui s’est aujourd’hui démocratisée et qui est le lien direct entre réel et informatique. De même pour tous les autres supports numériques comme la vidéo, la photographie …

Au collège, on utilisera ces outils afin de rendre l’élève plus sensible à un problème, mais les conditions de travail et le public ne sont pas ceux du lycée et l’utilisation des TICE est donc à adapter au niveau.

Ci-dessous, une présentation des difficultés qui peuvent être rencontrées au collège, mais surtout une proposition de résolution de ces problèmes en montrant comment on peut utiliser Internet ou certains logiciels avec des élèves.

I. Internet.

1) Internet, source de documentation pour le professeur.

a) Problèmes qui peuvent être rencontrés lors de l’utilisation de ce support.

Internet est une source intarissable de documents quels qu’ils soient et sur tous les sujets. C’est un outil à utiliser mais en prenant garde de contrôler les informations que l’on en extrait. En effet, tout le monde est libre de créer un site et d’y mettre les informations qu’il souhaite. Si le plupart des créateurs de site est de bonne foi, notamment ceux qui mettent à disposition des informations pédagogiques ou scientifiques et qui sont souvent des enseignants passionnés, personne ne garantit la rigueur scientifique du contenu. De même, nul n’est à l’abri d’une erreur. Afin de limiter ce type de désagrément, une des solutions est de se retourner vers les sites officiels. La liste est longue et la plupart du temps de nombreux liens existent et renvoient d’un site à un autre ; on retombe ainsi systématiquement sur quelques sites incontournables.

Voici donc quelques références en la matière qui servent au moins de point de départ dans le cas d’une recherche documentaire : (liste non exhaustive)

b) Adresses Internet de sites « utiles ».

Sites officiels.

Quelques sites directement liés à l’enseignement des sciences de la vie et de la Terre :

Pour faciliter les recherches, il existe évidemment les moteurs de recherche spécifiques aux sciences de la Vie et de la Terre et qui permettent d’effectuer des recherches par mots-clés, type de documents (images, TP, etc.) …

Parmi les plus intéressants :

Hormis les sites officiels, existent de nombreuses références parmi lesquelles des sites créés par des « institutions » comme la Nasa, l’ Institut Pasteur … et qui ont un intérêt certain.

Sites d’intérêts pédagogiques

Le niveau abordé n’est pas accessible à un public de collège, mais les illustrations sont très intéressantes afin d’ agrémenter les cours (certaines retouches sont à apporter quelques fois) de géologie de cycle central.

Enfin, parmi les sites incontournables existent aussi les sites personnels ou conçus par des groupes d’enseignants et dont le principe est toujours de mettre à disposition des ressources diverses pour l’enseignement des SVT.

2) Internet et les élèves.

a) Utilisation d’ Internet en classe de façon encadrée.

Internet est donc un outil formidable qu’il est important de savoir utiliser. Il est intéressant d’exploiter les informations mises en ligne, ce qui permet également d’apprendre aux élèves à utiliser cet outil de communication. Ce point est aujourd’hui indispensable car Internet est étonnamment encore souvent mal exploité.

Ainsi, il est possible d’intégrer dans une séance une recherche sur Internet, ou encore d’utiliser des séquences « clé en main » mise à disposition par des collègues.

Exemple de TP effectué en classe de 3è avec intégration d’une recherche sur Internet.

Dans le second chapitre de la classe de 3è s’intitulant « Protection de l’organisme », une des notions abordées en introduction de chapitre est que l’organisme est constamment confronté, dans son environnement, à la présence de microorganismes potentiellement pathogènes. A cette occasion, j’ effectue un première séance de travaux pratiques sous forme de « TP tournant » avec différents ateliers proposés dans la salle de classe. Les élèves doivent passer de l’un à l’autre au cours de l’heure. Ainsi, ils doivent s’informer et répondre à des questions à partir de documents papier, observer une préparation microscopique, effectuer un dessin d’observation, et chercher à répondre, après une réflexion personnelle puis à l’aide d’ Internet, à la question suivante : « Quels endroits d’une maison sont les plus propices au développement des microorganismes ? Expliquez pourquoi ces pièces sont bien adaptées à leur développement. ». Cette question étant bien ciblée, il n’est pas possible de laisser les élèves rechercher de façon aléatoire la réponse sur Internet. Cela prendrait trop de temps (sachant que cinq minutes maximum doivent être consacrées à cette recherche) et tous les élèves ne passeraient donc pas à cet atelier d’autant plus que seul un poste connecté est présent dans la salle. Un autre problème qui peut être rencontré lorsqu’on laisse les élèves naviguer seuls sur la toile, est la navigation « sauvage » sur des sites traitant de tous les sujets imaginables excepté celui étudié en classe ! Pour éviter cela, deux solutions sont envisageables : soit guider les élèves dans leur recherche, soit « aspirer le site », c’est à dire récupérer son contenu à l’aide de logiciels spécifiques qui permettent ensuite de travailler hors connexion ; cette manipulation devient cependant de plus en plus difficile de par le développement et la complexification des sites. Dans mon cas, j’adopte la première solution et les élèves disposent, sur leur fiche de TP, de l’adresse du site sur lequel ils trouvent l’information recherchée, à savoir : http://www.hygiene-educ.com/fr/home.htm , le site de l’ Institut Pasteur :


Malgré cela, la recherche pourrait être très longue sans plus d’indication car le site est divisé en plusieurs thèmes (hygiène au quotidien, hygiène alimentaire, hygiène domestique …), eux-mêmes déclinés selon trois « axes » : 1/ Données scientifiques, 2/ Livret du maître et 3/ Fiches d’activités pédagogiques.


Pour pallier ce problème, j’indique le chemin qui mène jusqu’à la réponse tout en laissant une part de recherche. Les élèves ont donc pour indication « d’aller » sur « Thèmes », puis « Hygiène domestique », et « Données scientifiques », et de là d’effectuer leur propre investigation.

Cette petite activité au sein d’un TP atteint ainsi plusieurs objectifs :

Mais proposée sous cette forme, on peut quasiment être garanti que les élèves mémorisent la réponse, ce qui est tout de même le but ultime.

Une autre façon d’utiliser les ressources d’ Internet est de profiter des « TP informatique » mis en ligne par les différentes académies.

Exemple de « TP informatique » qui peut être réalisé en classe de sixième : identification des proies des rapaces nocturnes.

En classe de sixième, les élèves étudient les relations alimentaires et recherchent des manifestations, indices ou autres traces de l’alimentation des animaux. Un exemple d’activité aisément faisable est la dissection d’une pelote de régurgitation d’un rapace. A cette occasion, il est envisageable d’effectuer un TP assisté par ordinateur. L’académie de Grenoble propose une telle activité à l’adresse : http://www.ac-grenoble.fr/svt/pelotes/index.htm (remarque : les os étudiés sont ceux de la tête uniquement ; ce TP est amené à évoluer).

Un tel TP nécessite des besoins matériels particuliers parce qu’il suppose que l’établissement ait une salle dans laquelle les élèves bénéficient d’un micro-ordinateur pour deux au maximum (sans quoi le travail ne sera pas fructifère ; l’idéal étant même un élève par poste) et de suffisamment de place pour poser une cuvette de dissection contenant une pelote de régurgitation. Ce dernier point peut cependant être contourné en ne mettant pas à disposition une pelote par élève ou par groupe, mais en distribuant un document sur lequel le contenu d’une pelote est présenté. On peut d’ailleurs effectuer la dissection à l’avant de la classe, puis demander aux élèves de travailler sur un seul os ou alors à partir d’une reproduction du résultat de la dissection. Dans ce dernier cas, une photographie numérique faite préalablement puis distribuée sous forme de photocopie ou projetée sur un écran à l’avant de la salle est un support utilisable.

Une fois le choix du support de travail effectué, il est important d’expliquer les consignes de travail aux élèves ; une fiche de TP à compléter paraît donc nécessaire. Cette dernière permet d’expliquer la démarche tout en vérifiant le travail effectué. De plus les élèves gardent une trace de ce travail qu’ils peuvent mettre dans leur classeur.

La démarche à suivre est ensuite relativement aisée, les élèves doivent étudier les os qu’ils ont sous les yeux à partir de critères définis comme la forme et la disposition des dents. Une description simple est donnée et systématiquement accompagnée d’une photographie ou d’un schéma :


Après avoir défini si l’os étudié appartient à un rongeur ou à un insectivore, l’élève clique sur la photo ou le texte afin de poursuivre sa détermination avec pour nouveau critère d’identification le nombre ou la forme des dents :


Lorsque toutes les étapes sont achevées, la solution trouvée est dans la plupart des cas illustrée par une photographie correspondant au crâne de l’animal qui a été déterminé (ce qui permet une véritable comparaison) accompagnée du nom latin de l’animal ainsi que d’une information sur son habitat :


On peut cependant regretter l’absence de photographie de l’animal vivant ; il faut donc en prévoir une afin de parfaire la détermination.

Ce TP a l’avantage d’être simple et aisément réalisable dans un délai d’une cinquantaine de minutes. Suivant le critère qui nous paraît important, on peut favoriser différentes parties de la séance en privilégiant par exemple la dissection d’une pelote pendant un quart d’heure puis passer à la détermination ou alors privilégier l’étude de plusieurs os par les mêmes élèves afin que chacun définisse la régime alimentaire de la chouette. La mise en commun peut alors se faire plus tard en classe …

Dans tous les cas, il me paraît important que la dissection soit faite à un moment ou à un autre avec ou par les élèves car le risque de ce type de TP est de totalement occulter le « réel » alors qu’il est tellement important de travailler sur « le vivant » quand cela est possible.

Le même sujet peut également être traité à l’aide d’un logiciel : « Pelote ». La démarche est différente et demande une autre réflexion de la part de l’élève qui est pris en charge par le logiciel. Différentes activités sont proposées comme une dissection virtuelle, l’observation de ses constituants, et la recherche et la détermination des proies. Beaucoup plus complet que le TP mis en ligne, il est aussi plus ludique. On utilisera donc préférentiellement l’un ou l’autre en fonction de ses objectifs : simplicité d’utilisation du TP, vision complète de la démarche pour le logiciel dont l’exploitation demande cependant plus de temps. « Pelote » est téléchargeable à l’adresse : http://44.svt.free.fr/jpg/pelote.htm.

Une autre démarche de TP informatique du même type et qui s’adresse également aux élèves de sixième est proposée par l’académie de Nice.

Deuxième exemple de TP informatique : étude des réseaux trophiques.

Ce deuxième exemple de TP a pour but de montrer une approche différente : l’élève, assisté par une fiche guide, est plus autonome dans la démarche. Il s’agit cette fois d’étudier les chaînes alimentaires tout en évoquant les effets des activités humaines sur ces mêmes chaînes. Il vient après l’étude de l’alimentation de la chouette qui va, à nouveau, être « mise à contribution », et les notions acquises précédemment vont pouvoir être réinvesties.

La particularité de ce TP est qu’il aide préalablement le professeur en mettant à disposition des outils d’évaluation du travail effectué par chaque élève. A nouveau, ce TP suppose d’avoir à disposition un poste informatique par élève …

La page : http://www.ac-nice.fr/svt/ticexao/chouette/INTRODUCTION.htm sert d’introduction, et s’adresse uniquement au professeur. Il y est indiqué comment exploiter au mieux ce TP et une fiche d’activité à distribuer aux élèves est proposée. Celle-ci doit être complétée au fur et à mesure. A télécharger à l’adresse http://www.ac-nice.fr/svt/ticexao/chouette/Fiche%20%E9l%E8ve%20-%20La%20chouette%20enqu%EAte.doc , cette fiche de TP n’est qu’une piste de travail, libre à chacun de la modifier ou de construire sa propre démarche.

Les élèves, quant à eux, commencent leur travail depuis la page : http://www.ac-nice.fr/svt/ticexao/chouette/Index.htm . Les concepteurs du TP ont pris soin de délivrer un mot de passe d’entrée dans le TP, ce qui permet de s’assurer que les élèves écoutent attentivement les consignes avant de se « jeter » sur leur ordinateur. Le problème reste en effet toujours le même : si l’on veut rendre un TP plus attractif c’est afin qu’il intéresse les élèves, mais cela a un revers, c’est qu’ils « oublient » d’autant plus vite que derrière la démarche informatique il y a un véritable travail qui est attendu de leur part.

Ce TP est intéressant car l’élève peut travailler seul afin de répondre à un problème : le régime alimentaire de la chouette a changé, elle mange plus de mulots que de musaraignes ; pourquoi ? Afin de trouver la solution, la chouette aide l’élève en proposant quatre hypothèses : 1/ les musaraignes hibernent, 2/ il y a moins de musaraignes qu’avant, 3/ le mulot est plus prolifique que la musaraigne, et 4/ sa vue baisse ! L’élève doit tester chacune de ces propositions en s’informant à partir des indices qui lui sont fournis depuis la page d’accueil :


Ainsi, si l’hypothèse de la vue est vite abandonnée grâce à une fiche de santé de la chouette : sa vue est excellente (!!!), le collégien doit trouver quel est le régime alimentaire du mulot et de la musaraigne grâce à l’observation de leurs dentures (cela a déjà été appris lors de la dissection de la pelote de régurgitation). Au fur et à mesure de sa démarche, le but est donc de le mener vers la notion de réseau trophique, et il doit aboutir au résultat que la chouette mange moins de mulots car leur nombre baisse suite aux activités humaines (usage d’insecticide) qui affectent son alimentation.

Selon l’exemple de fiche proposée avec le TP, l’élève la complète tout au long de ses recherches. Une fois la bonne hypothèse trouvée, il doit encore construire le réseau trophique de cet écosystème et indiquer comment l’insecticide agit. En conclusion, la réponse au problème de la chouette doit être donnée.

En fin d’exploitation, l’élève et/ou le professeur peut évaluer le travail grâce à l’historique des pages consultées puisque celles-ci sont nommées « VRAI », « FAUX » ou « AIDE ».

Pour le professeur, il est cependant très important d’effectuer la démarche attendue ou escomptée avant de « lancer » une classe à la découverte du TP. Il peut ainsi se rendre compte des éventuelles difficultés auxquelles chacun pourrait être confronté. Ici, les indices renvoyant à d’autres informations sont confus, un collégien peut facilement s’ égarer dans les différentes pages. D’où l’intérêt d’avoir bien en tête le plan du site. Dans ce cas, il me paraît donc souhaitable de compléter la fiche à distribuer proposée en guidant davantage l’élève lorsqu’il découvre chaque indice. Sans cela, le risque est que des élèves plus en difficulté soient vite perdus et démotivés.

Les deux exemples de TP informatique traités ont donc le mérite de proposer des activités faisant appel au raisonnement tout en guidant au cours de la démarche. Si le premier TP peut éventuellement être fait sans l’outil informatique, le second apporte par contre un véritable avantage : la richesse des ressources mis à disposition et la simplicité des explications.

De tels exemples sont nombreux mais ne présentent pas toujours d’intérêt. On trouve ainsi différentes clés de détermination basées sur le même modèle :

Si ces trois clés de détermination sont utilisées, cela doit se faire avec des supports réels (animaux, végétaux ou feuilles sous les yeux des élèves). Le problème de l’utilisation de telles clés de détermination est la trace laissée chez l’élève ; mieux vaut donc privilégier une « clé classique » que l’élève conserve dans son classeur, et qu’il peut réutiliser.

Sur le même principe, l’académie de Nantes propose une activité téléchargeable sur les accidents de l’appareil locomoteur :
http://www.ac-nantes.fr/peda/disc/svt/locomoteur/questions.html.
Ce TP ne peut pas être utilisé sans avoir préalablement évoqué ce qu’est une radiographie et il faut également avoir vu des cas d’accident. Il peut donc apparaître en seconde partie de séance après une étude préalable des accidents locomoteurs, et sert alors d’application des connaissances. Plutôt que d’utiliser ce TP, je préfère demander aux élèves ayant en leur possession des radiographies d’accidents dont ils ont pu être victime de les amener en classe. Chaque cas peut ainsi être étudié ensemble grâce aux témoignages de chacun.

Comme on peut le comprendre, tous les TP informatiques ne sont pas utiles et ne trouvent pas leur place en classe. Chaque professeur doit effectuer ses choix en fonction de sa démarche, de ses objectifs et des moyens dont il dispose.

b) Utilisation d’ Internet par les élèves de façon autonome.

Laisser les élèves travailler seuls sur Internet est envisageable mais risqué au collège ! Comme indiqué un peu plus haut, le risque de la « navigation sauvage » est très important sachant que les sites qui intéressent les élèves ont rarement pour sujets des notions évoquées en classe … Quoiqu’il en soit, il est préférable de proposer une liste d’adresses de sites sur lesquels les informations se trouvent. Cela simplifie le travail et permet une recherche plus constructive. Ce type d’activité ne peut donc être proposée qu’à titre facultatif dans le cadre d’une recherche documentaire pour faire un exposé par exemple. En effet, tous les élèves n’ayant de connexion Internet à domicile, une telle recherche ne peut pas être rendue obligatoire. Et même si l’ensemble des établissements dispose aujourd’hui d’un CDI avec des ordinateurs connectés, les élèves sont rarement ou jamais livrés à eux-mêmes.

La seule fois où j’ai proposé une telle recherche, il fallait effectuer un exposé sur les différents types d’éruptions volcaniques (cycle central – niveau quatrième). J’ai donc distribué une liste de questions, et les élèves disposaient de références de sites. En accord avec le documentaliste, ils avaient mon autorisation pour faire des recherches de façon autonome ; le compte rendu était facultatif … Sur une centaine d’élèves, une vingtaine a profité de l’accès à Internet mais seuls trois compte rendus me sont revenus (!!!) auxquels je peux ajouter un autre type de compte rendu : celui du documentaliste avec une liste d’élèves ayant « surfer » sur des sites à caractères douteux !

La seule solution qui paraît donc correspondre à ce type d’activité avec des élèves trop jeunes pour être autonomes (pour la plupart ) est la semi-autonomie. On laisse ainsi les élèves entreprendre leurs recherches mais en présence d’un adulte dont le rôle est notamment la surveillance.

La différence avec les activités encadrées proposées précédemment n’est pas flagrante à ceci près que les élèves ne disposent pas de « fiche-élève ». Seuls quelques liens intéressants sont mis en favoris afin de laisser également libre cours à la recherche personnelle. Ce type d’activité n’as lieu d’être dans le cadre des cours ou des TP, mais peut être proposée en Itinéraire de découverte par exemple.

Ainsi, associé à un collègue d’ E.P.S, j’ai proposé un itinéraire traitant de la physiologie de l’effort. Encadrés par l’un d’entre nous, les élèves avaient pour consignes de trouver textes et images permettant de construire des panneaux ; leurs thèmes : les modifications des rythmes respiratoire et cardiaque, les accidents de l’appareil locomoteur, les consignes d’échauffement, etc. Pour cela, ils n’avaient donc en leur possession qu’un plan du travail à effectuer avec les questions auxquelles ils devaient répondre en trouvant les documents que nous avions listés. En procédant de telle manière, nous n’avons pas été ou que très peu, confrontés à des divagations incontrôlées sur la toile. Cependant, travaillant à deux voire trois sur une même recherche, un autre problème est apparu : la passivité de certains élèves qui se « reposaient » sur d’autres pour effectuer les prospections. Ce problème n’est cependant pas lié à l’activité en elle-même, on retrouve ces « mêmes » élèves quelque soit le support de recherche !

Pour résumer cette première partie, on peut dire que Internet est un formidable outil de par sa richesse documentaire, mais il reste une ressource particulièrement privilégiée pour le professeur. Les élèves de collège n’ont, quant à eux, pas suffisamment de maturité pour travailler seuls avec Internet. Son utilisation peut cependant être intégrée dans des séances de TP mais nécessite alors un encadrement important et la mise à disposition de fiches de travail qui aident l’élève dans sa démarche.

II. Les logiciels.

1) Des logiciels de modélisation, outils pour le professeur.

Aujourd’hui de nombreux logiciels de modélisation existent, et régulièrement de nouveaux sont mis en ligne. La plupart d’entre eux est d’ailleurs créée par des professeur car ils permettent de se substituer au réel quand celui-ci devient trop abstrait ou fait appel à des phénomènes qui se déroulent sur des temps trop longs pour être étudiés en classe.

L’utilisation des modèles n’est pas propre au collège, et les élèves, quelque soit leur niveau, appréhendent mien une notion sous forme de « schémas » animés que statiques.

En classe de cinquième, on est amené à longuement étudier l’organisme au travers du chapitre intitulé « Fonctionnement de l’organisme et santé ». Ce chapitre a pour but, selon les propres termes du programme, d’étudier de façon pragmatique les principales fonctions de l’organisme. La première partie s’intéressant au mouvement et à sa commande, on étudie les organes fonctionnant ensemble afin de réaliser un déplacement. Dans mon cas, les élèves commencent par observer, au cours d’une séance de travail pratique, les organes du mouvement sur une patte postérieure de grenouille : muscles, os, tendons, etc. sont ainsi examinés sur le réel. En cours, le mouvement en tant que tel est étudié en demandant simplement aux élèves de plier et déplier alternativement leur membre supérieur tout en palpant l’avant puis l’arrière du bras. Ils doivent noter leurs observations. Cette manipulation simple à faire permet de remarquer que, quand le membre est plié, le muscle « de devant » se gonfle, et celui « de derrière » est relâché, et inversement. Pour développer l’étude du mouvement, j’utilise ensuite un modèle qu’un enseignant de collège (Florent GRAGNIC – académie de Créteil - http://www.ac-creteil.fr/svt/tp/Tp5/MVT-CMD/proposition-mvt.htm) a mis au point. Ce logiciel de modélisation du mouvement permet d’observer, dans un premier temps, les muscles en activité lors des mouvements de flexion et d’extension (vues « extérieures »). A l’aide d’un curseur, le professeur (ou un élève …) peut provoquer les différents mouvements afin d'examiner les modifications au niveau des muscles :


Pour ma part, je privilégie encore une fois le réel. En effet, chaque élève peut effectuer lui-même ces mouvements tout en palpant ses muscles ; il observe alors le gonflement et le relâchement successifs du biceps et du triceps. Cette première observation n’a donc pas lieu d’être abordée grâce au logiciel qui ne doit pas se substituer à la manipulation quand celle-ci est possible. On peut cependant revenir rapidement sur cette observation grâce au logiciel à l’occasion d’un rappel en début de cours.


Dans un second temps, le logiciel « Etude du mouvement » devient par contre très intéressant quand il s’agit de montrer le mouvement des os les uns par rapport aux autres. Il propose en effet, selon le même principe, une autre modélisation mais avec une vue par transparence :

Dans ce cas, ce modèle apporte un réel « plus » puisqu’il permet d’observer les mécanismes du mouvement tels qu’il se déroulent à l’intérieur du membre. En les décomposant progressivement à l’aide du curseur, les élèves voient ce qui se passe, ce qui facilite la compréhension puisqu’ils visualisent concrètement le déplacement des os.

Enfin, un dernier modèle est proposé avec l’ensemble des organes étudiés jusque là : os, muscles et tendons. Le déplacement des os provoqué par les contractions et relâchements successifs des muscles est modélisé grâce à la troisième observation :


Grâce à cette dernière modélisation, le rôle de chaque organe devient concret. Les élèves « matérialisent » les mécanismes mis en jeu, à savoir qu’au cours d’un mouvement, les contractions et le relâchement des muscles, fixés aux os par des tendons, déplacent les os entre-eux au niveau des articulations.

Ce modèle a donc le mérite de permettre de comprendre simplement et rapidement le rôle des muscles et des os au cours de la réalisation d’un mouvement. Etudiés à l’aide de schémas « statiques », la mise en relation du rôle respectif de chaque organe est moins intuitive et ne permet pas de mettre facilement en relation l’ensemble des notions.

Associé au logiciel, un document de synthèse (téléchargeable depuis la même adresse) est proposé :


Ce document, à l’image du logiciel, peut donc être complété au fur et à mesure et illustre le modèle. Cela afin de garder une trace de l’observation dans le classeur de l’élève car ce point est important puisqu’il renvoie l’élève à ses observations. Le modèle doit systématiquement être illustré, et ne doit pas rester une notion abstraite évoquée en classe puisque son utilisation vise tout le contraire !

On peut noter que ce logiciel (comme c’est d’ailleurs le cas pour la plupart d’entre eux …) peut très bien être le sujet d’un travail dirigé au cours duquel chaque élève étudie individuellement le mouvement sur un ordinateur. Un dernier document téléchargeable est d’ailleurs proposé : un questionnaire d’accompagnement à l’utilisation du modèle. C’est là un des autres intérêts des modèles : on peut les utiliser avec une certaine « souplesse » puisque le professeur peut, à sa guise, simplement les utiliser en qualité d’illustration animée, ou alors développer une activité autour de ceux-ci.

Cette dernière proposition a d’autres intérêts que l’on peut évaluer à partir de l’exemple suivant.

2) Des logiciels de modélisation, outils de TP pour l’élève.

A l’image des « TP informatique » évoqués plus haut, certains logiciels de modélisation sont particulièrement développés et ne sont pas limités à une simple animation. Ainsi, si on utilise préférentiellement le logiciel précédent en qualité de modèle à l’avant de la classe, d’autres comme « Cœur 2 » ou « SeismGram » permettent de rendre l’élève plus actif.

Avant d’aborder l’utilisation de « Cœur 2 », je tiens à faire une remarque qui trouve particulièrement son application de ce cas : l’idéal, pour toutes les activités informatiques au cours desquelles les élèves travaillent en semi-autonomie, est d’avoir un vidéo-projecteur. Cet appareil permet de projeter l’image de l’écran d’un ordinateur sur un grand écran. Tous les élèves voient donc bien la représentation, quelque soit leur situation dans la salle, et les consignes sont données simultanément à l’ensemble de la classe. Cela n’empêche évidemment pas d’aider ensuite individuellement en cas de problème, mais la démarche préalable puis la mise en commun peuvent ainsi être faites en s’adressant à tous. Le vidéo-projecteur est d’ailleurs presque indispensable pour toutes les utilisations de logiciels, de modèles et TP informatique car lorsqu’on se limite à l’écran du téléviseur les élèves du fond de la pièce distinguent mal les détails. Le problème est que le vidéo projecteur reste rare dans les collèges de par son coup encore élevé alors que nombreux sont les lycées qui en possèdent au moins un …

a) « Cœur 2 » , modélisation des révolutions cardiaques et du rôle du cœur.

Dans ce cas, le logiciel est une animation du fonctionnement du cœur qui permet de mettre en évidence les révolutions cardiaques et la mise en circulation du sang. Un TP est donc aisément faisable selon les conditions déjà citées (petit groupe, un micro-ordinateur par élève …). On peut le télécharger, comme plus de deux cents autres logiciels, depuis la logithèque de l’académie de Toulouse à l’adresse http://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/2logithe.html.

L’activité principale consiste à mettre en évidence la mise en mouvement du sang après avoir défini l’anatomie du cœur. Encore une fois, le modèle n’a pas vocation à se substituer au réel, et la dissection du cœur reste privilégiée pour découvrir l’organisation du cœur, et doit avoir été faite auparavant. Cependant le modèle permet de décomposer les phases de contraction et de relâchement du cœur, facilitant ainsi la compréhension de son rôle de « pompe ».

Le logiciel est organisé en cinq pages, toutes animées. En guise d’introduction, on peut envisager de commencer par l’avant dernière page qui propose de légender, d’après ses connaissances (dans ce cas, d’après ce qui a été vu en dissection) un schéma :


En faisant « glisser » les légendes, l’élève peut les placer, à sa guise. Cette première activité permet de resituer le sujet et assure ainsi un rappel en début d’activité.

Le modèle « Cœur 2 » permet ensuite de comprendre la mise en circulation du sang en décomposant les phases du cycle cardiaque grâce à un curseur faisant varier la fréquence cardiaque.





Une fiche de protocole est à nouveau à prévoir. Dans mon cas, je distribue un document qui permet à chaque élève d’avancer à son rythme grâce à une démarche explicative et un schéma à parachever. Sur cette fiche, un reproduction du cœur est à compléter au fur et à mesure de l’exploitation du modèle ; les élèves doivent ainsi indiquer le trajet des sang peu oxygéné et riche en dioxygène dans le cœur, flécher le sens de circulation du sang, colorier, etc.

En fin d’activité, si le temps le permet, « Cœur 2 » propose de construire un schéma bilan :


Encore une fois, ce type d’activité n’a pas lieu de se faire à l’aide d’un logiciel, et n’a qu’un aspect ludique dans ce cas. Je privilégie donc la trace écrite dans le classeur.

Ce modèle a lui seul résume les trois grands intérêts de ce type de logiciel: 1/ modélisation d’un phénomène non observable ou tout du moins difficilement en conditions réelles, 2/ faciliter la compréhension, et 3/ rendre l’élève acteur de son apprentissage.

Selon le même principe, évoquons le logiciel « SeismGram » qui présente un autre type de démarche : la prise en charge totale de l’élève par le logiciel.

b) « SeismGram », travail en autonomie complète de l’élève.

« SeismGram » est un logiciel qui a été mis à disposition en version d’évaluation par l’académie de Grenoble, mais qui est aujourd’hui rebaptisé « Etude de Sismogramme » et mis en vente par le CRDP de la même académie à l’adresse :
http://www.crdp.ac-grenoble.fr/edition/cederom/seisme/

Pour ma part, j’utilise ce logiciel afin de « travailler autrement » en laissant une autonomie totale à l’élève dans sa démarche. Comme il est présenté sous sa nouvelle version sur le site du CRDP, SeismGram : « … permet d’interpréter des données sismiques. Leur lecture va conduire à localiser le foyer d’un séisme sur une carte, ses coordonnées géographiques, d’évaluer la magnitude, l’énergie dégagée ainsi que les dommages causés. ». Toutes ces notions ne peuvent évidemment pas être traitées en une heure et de façon totalement autonome, mais elles peuvent être le sujet d’une mise en application de ce qui a été évoqué en classe. Ainsi, c’est dans le cadre des Itinéraires de découverte que j’utilise ce logiciel, après avoir déjà étudié toutes ces notions en cours. Les élèves savent donc lire un sismogramme, ont déjà fait un exercice de localisation de l’épicentre à l’aide de la « méthode des cercles », la définition de magnitude est connue, etc. Cependant, si toutes ces notions sont réabordées grâce à ce logiciel c’est parce qu’il permet de simuler la démarche qui est faite en laboratoire. L’élève est donc conduit depuis l’enregistrement et la lecture des ondes sismiques jusqu’à l’évaluation des dégâts et le calcul de la magnitude. Autre intérêt de SeimGram : à chaque étape se succèdent explications et mise en application ; c’est donc le logiciel qui prend en main l’élève et se substitue ainsi au professeur.

A l’ouverture du logiciel, l’élève doit noter ses nom, prénom et classe, puis le lancement se fait. Dès la première page, des rappels sont faits :


… des aides à la lecture de sismogramme sont apportées :


… avant de demander à l’élève de lire, selon le même principe, un autre sismogramme.
De même, des notions nouvelles comme l’utilisation du nomogramme de Richter sont abordées :




Dans ce cas, ma présence est presque inutile, et se limite à l’introduction du logiciel, et à la surveillance. J’essaie d’aider le moins possible afin de privilégier l’autonomie et la réflexion.

A l’issue des questions, l’ensemble de la démarche et des réponses de l’élève peuvent être imprimées ; le logiciel ne peut d’ailleurs pas être quitté sans cette impression ou alors grâce à un mot de passe que je suis le seul à connaître. Ce dernier point est intéressant puisqu’il permet de relever les endroits qui ont pu poser problème, et on peut également évaluer le travail qui a été fait et éventuellement procéder à une notation.

En conclusion de cette seconde partie, on peut dire que les modèles sont des outils très intéressants pour le professeur quand ils se substituent au réel qui ne peut pas être étudié autrement. En effet, l’animation est plus « parlante » aux élèves que le schéma seul. Pour ces mêmes raisons, à l’image d’ Internet, leur usage en TP est également intéressant puisqu’il rend le collégien actif et acteur de son apprentissage. Néanmoins, dans ce dernier cas, le travail doit être guidé, et l’autonomie complète n’est quasiment jamais envisageable et le professeur a donc un gros de travail de préparation en amont.

III. Autres outils.

Associés au micro-ordinateur, il y a d’autres outils comme les consoles d’expérimentation assistée par ordinateur (=exao), et les différents périphériques d’image comme la vidéo-caméra ou l’appareil à photographie numérique.

1) L’expérimentation assistée par ordinateur.

L’expérimentation assistée par ordinateur (exao) est un outil dont disposent maintenant tous les établissements mais qui reste parfois inutilisée. La plupart des établissements a été dotée des interfaces, des capteurs et des logiciels d’exploitation, mais leur emploi est longtemps resté rare. En effet, associé à des problèmes de fiabilité de certains appareils, on peut regretter le manque d’information et de formation des professeurs qui ont vu les premiers instruments apparaître alors que l’utilisation des micro-ordinateurs n’était pas encore banalisée. Pourtant, l’exao n’a pas beaucoup modifié la façon de travailler et les expériences restent souvent inchangées ; seuls des appareils de mesure sont venus se greffer dessus. Plusieurs intérêts à cela : 1/ faire des mesures infaisables auparavant comme pour le calcul du pourcentage de dioxygène dans l’air, 2/ automatiser les relevés, 3/ sauvegarder les résultats qui peuvent être récupérés sous forme graphique ou de tableaux.

Pour ma part, j’utilise essentiellement l’exao en classe de cinquième dans le chapitre « Fonctionnement de l’organisme et santé ». Je dispose de différents capteurs dont la sonde à dioxygène que j’utilise régulièrement. Grâce à elle, on peut quantifier le pourcentage de dioxygène dans un milieu (aérien ou aquatique). L’ordinateur est relié à l’écran du téléviseur et la mesure est faite devant les élèves qui peuvent lire la valeur à l’écran. Dans ce cas, on voit l’avantage de l’appareil puisque la quantité de dioxygène est mesurée et n’est pas donnée comme un dogme. Les élèves participant à la mesure, on peut espérer que l’expérience est mémorisée et la valeur aussi … Le même capteur est ensuite utilisé pour mesurer la quantité de dioxygène dans l’air expiré. Plus tard encore, dans le chapitre « Des êtres vivants dans leur milieu – Respiration et occupation des milieux », il permet d’observer graphiquement, tout au long d’une séance, la baisse de la quantité de dioxygène dans une cuve d’eau contenant des poissons. Comme on le comprend, l’exao ne se substitue pas au réel mais permet d’exprimer une notion abstraite par un document ou une valeur concrète aux yeux des élèves.

Par ailleurs, d’autres sondes existent comme le capteur du rythme cardiaque mais, à l’image de l’utilisation des modèles, mieux vaut faire appel à la manipulation individuelle des élèves quand celle-ci est possible. Ainsi pour mesurer les variations de fréquences cardiaques au repos et en activité, rien ne vaut la prise du pouls que chaque élève peut faire.

Un autre intérêt de l’exao est la trace laissée par la mesure : on peut garder en mémoire tous les relevés et/ou les imprimer directement. Selon le cas, j’utilise l’un ou l’autre.

Lors de l’itinéraire de découverte que j’ai réalisé avec mon collègue d’ E.PS. nous avons effectué des mesures « sur le terrain » ; les interfaces peuvent en effet être transportées et fonctionnent à l’aide de piles. Nous avons donc mesuré, pour tous les élèves, la fréquence respiratoire avant et après une activité sportive grâce à un masque relié à un spiromètre. De retour en classe, les valeurs ont été récupérées sous forme graphique puis imprimées. Chaque élève a ainsi reçu « son » graphique et a pu comparer et visualiser les variations de son rythme respiratoire au cours d’un effort. Avec une autre classe, dans le cadre du cours, le même travail a été effectué mais avec une seule élève, et l’ensemble de la classe a ensuite eu une photocopie du tracé afin d’illustrer le classeur. Si le rythme respiratoire n’a pas besoin d’être mesuré grâce à l’exao, il permet dans ce cas de garder une trace comme le démontrent ces deux exemples, ce qui a un intérêt certain.

Ces graphiques comme toutes les autres mesures peuvent ensuite être réinvesties puisqu’on peut les garder en mémoire sur le disque dur de l’ordinateur.

2) L’imagerie numérique : vidéo-caméra et appareil à photos.

a) La vidéo-caméra.

La vidéo-caméra n’est pas un outil nouveau mais il est indispensable dans une salle de sciences. Facile d’utilisation, elle est reliée à un téléviseur et peut être adaptée à un microscope.

Cette caméra est très utile lorsqu’on veut commenter une observation en s’adressant à l’ensemble des élèves. En classe de troisième je l’utilise par exemple dès la première séance de TP du chapitre « Unicité et diversité des êtres humains » au cours de laquelle une observation microscopique de cellule est faite. Dans ce cas, on ne peut pas « mettre le doigt » sur l’objet, je projette donc l’image de l’observation microscopique à l’écran grâce à la caméra. Je peux ainsi guider les élèves qui doivent en même temps effectuer le même travail. Cela me permet donc de montrer précisément ce qui doit être vu et nommer les structures qui sont observées. Après cela, les observations sont faites individuellement, et je demande un dessin légendé d’une cellule ; à ce moment, j’éteins la caméra afin d’éviter que l’observation et le dessin de chacun ne soient limités à l’écran du téléviseur !

Par ailleurs, cette vidéo-caméra permet de montrer à tous une expérience ou une observation faite à l’avant de la salle mais trop petite pour être vue depuis l’arrière.

En classe de cinquième, afin d’illustrer les mouvements respiratoires dans le chapitre « Des êtres vivants dans leur milieu », je braque la caméra sur la tête d’un poisson nageant dans un aquarium qui est à l’avant de la salle. Grâce au zoom de la caméra, la tête du poisson occupe alors tout l’écran du téléviseur et chaque élève est à même de décrire les mouvements de la bouche et des opercules qu’il voit « en direct ». Il en est de même pour tous les dissections qui sont expliquées à l’avant de la salle sous l’œil de la caméra. Chaque élève voit ainsi précisément les gestes à faire et les structures à observer avant d’effectuer le travail seul. La vidéo-caméra étant reliée au téléviseur, on peut même envisager, au cours d’un TP, d’ enregistrer une séquence vidéo de l’observation grâce à un magnétoscope. L’enregistrement, permet de conserver une trace qui peut ensuite être rapidement revue en cours en guise de rappel.

Pour garder une trace d’une observation, il existe un autre outil : l’appareil photo numérique.

b) L’appareil à photos numérique.

En ce qui concerne l’appareil à photos numérique, on peut tout de suite noter que rares sont les collèges qui disposent d’un tel outil. Dans mon cas, j’emprunte l’appareil de mes collègues de technologie ou alors, j’utilise mon appareil personnel …

Inutile d’expliquer longuement le principe d’utilisation d’un appareil à photos mais les intérêts du numérique sont multiples : 1/ on peut effectuer de nombreux clichés sans craindre pour la pellicule et on peut ensuite faire un choix parmi les photos, 2/ les photographies sont utilisables tout de suite grâce à un ordinateur relié à un écran (téléviseur ou vidéo projecteur), 3/ l’exploitation et la retouche est simple avec un ordinateur, 4/ La mise en mémoire des images se fait sur le disque dur de l’ordinateur et on peut aisément partager ses prises de vue en les mettant à disposition sur un réseau ou en les envoyant par courriel.

Voici quelques exemples d’application dans le cadre de la classe :
J’ai déjà évoqué l’utilisation de la photographie numérique en classe de sixième lors de l’étude du régime alimentaire de la chouette. A cette occasion, on peut effectuer une seule dissection de pelote de régurgitation à l’avant de la salle, puis prendre une photo. Celle-ci peut ensuite être imprimée puis photocopiée. Chaque élève a alors un document à partir duquel il doit déterminer les proies du rapace à l’aide du TP informatisé.

En sixième toujours, le premier chapitre de l’année est dédié à l’étude de notre environnement, et une partie s’intitule « Un environnement qui dépend de sa situation géographique ». dans ce cadre, il est intéressant d’utiliser un logiciel nommé « Le petit rapporteur météo ». Plutôt que de présenter ce logiciel dans la deuxième partie, j’ai préféré le placer ici car il allie logiciel et Internet, ou alors dans mon exemple logiciel et photographie numérique.

Ce logiciel est téléchargeable à l’adresse http://www.edelzone.net/, site de Guillaume Petit. Il permet d’effectuer très facilement des relevés météo amateur en notant la vitesse du vent, son orientation, les températures, la pression atmosphérique …


Ce logiciel a l’avantage de permettre de mettre en mémoire simplement des valeurs en quelques minutes en début d’heure de cours. On peut ainsi relever jour après jour, avec les élèves, un ensemble de données climatiques qui permettront ultérieurement de remarquer l’existence de variations saisonnières. On peut ensuite visualiser l’ensemble des données sous forme de tableau ou même de graphique ( que l’on préférera cependant faire construire par les élèves …) :




Une des options offertes est de garder en mémoire une « image du jour ». On peut ainsi associer à chaque journée une image qui, dans ce cas, a un rapport avec la météo (il pourrait en être autrement ). Des liens préprogrammées, mais qui peuvent être modifiés ou complétés, permettent de récupérer une image satellite ; sur le site de Météo France par exemple : http://www.meteo.fr/meteonet/index.htm ). En classe de sixième, plutôt que d’utiliser des images satellitales, il me paraît plus intéressant de prendre une photographie, depuis la salle de classe, de l’environnement du collège. A chaque jour seront donc associées la température, la pluviométrie, la pression atmosphérique, … et une photographie. Grâce à cette dernière, on verra, au fil des saisons, les modifications de la végétation, de la luminosité, de la position du soleil, etc. De plus la mise en mémoire se fait d’un simple « click » de souris et plusieurs dizaines de clichés peuvent ainsi être conservés. L’intérêt de l’image est toujours le même : faciliter la compréhension ; les élèves sont plus sensibles et plus réceptifs à ce qu’ils observent directement. Dans ce cas, ils ont tous vécu les jours en question, mais les observations peuvent être revues plusieurs semaines plus tard. On peut alors, en observant les photographies consécutives, noter la succession de jours pluvieux ou ensoleillés, décrire les positions du soleil au cours des saisons, etc.

Dans le même ordre d’idée, j’utilise l’appareil à photos numérique lors d’une sortie de géologie effectuée en classe de cinquième. En introduction au chapitre « La Terre change en surface », j’effectue une sortie d’une demi journée afin d’observer sur le terrain quels sont les éléments qui composent notre paysage. Au cours des huit arrêts qui ponctuent cette « promenade », les élèves complètent un questionnaire et ramassent des échantillons de roches. De mon côté, j’apporte les éléments nécessaires à la compréhension du site tout en prenant régulièrement des photographies à l’aide de mon appareil numérique. Celles-ci permettent ensuite de revenir en classe sur les observations faites sur le terrain. Elles peuvent éventuellement servir à expliquer les observations aux élèves absents ou aux élèves pour qui la sortie n’était pas faisable comme cela a déjà été la cas pour une jeune fille en fauteuil roulant. Ces photos servent aussi à l’ensemble des élèves qui effectuent un compte rendu de sortie qu’ils peuvent ainsi agrémenter d'images. Les photos sont en effet mises à disposition grâce au réseau interne de l’établissement, et tous les élèves y ont accès depuis tous les postes du collège et notamment ceux du CDI. Des impressions sont possibles, certains élèves peuvent même récupérer les clichés en se les transmettant par courriel afin d’effectuer le travail chez eux ou alors afin de garder un « souvenir » de la sortie.

Grâce à ces outils d’image que sont la caméra-vidéo et l’appareil à photos numérique, on peut conserver une trace d’une activité afin d’illustrer un cours ou une séance qui a été faite précédemment. Comme pour les outils déjà étudiés, le but de l’utilisation des ces appareils et de rendre une notion plus compréhensible en l’illustrant. Cela est d’autant plus vrai pour la caméra qui permet une observation collective. Plus tard, même si l’élève a déjà fait les observations, cela permet de faire un rappel et « rafraîchit la mémoire » lorsque l’on réinvestit les notions étudiées.

En conclusion, tous les outils évoqués on pour but de rendre une notion plus accessible aux élèves. Internet est une source de documentation pour le professeur qui dispose ainsi de références et de documents, mais aussi de TP mis en ligne. Les modèles, quant à eux, ont plutôt pour vocation de se substituer au réel lorsque l’observation directe ou la manipulation ne sont pas possibles ou afin de rendre une notion plus concrète. Ces deux outils ont en plus l’avantage de susciter de l’intérêt chez l’élève (ce qui est aussi vrai lors des manipulations …) attiré par les nouvelles technologies. A ce sujet, on peut d’ailleurs remarquer que la maîtrise de ces outils n’est pas toujours acquise, et que leur utilisation au collège fait parti de la formation qui doit être apportée. En revanche, pour le professeur, le temps passé à l’auto formation et à la préparation est de plus en plus important … Les autres outils que sont l’expérimentation par ordinateur ou les appareils d’imagerie facilitent toujours l’apprentissage, mais permettent en plus de garder une trace d’une activité sous forme de graphiques, de tableaux ou d’images.

Tous ces outils me paraissent aujourd’hui indispensables à l’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre, mais à condition de ne pas en devenir esclave. Les S.V.T. restent des disciplines du vivant et du réel et il ne faut pas tomber dans le piège d’oublier cet élément essentiel.

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