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L’ingénierie au service de l’apprentissage

Par Lauren Madden

Traduction par Élyane Picard

L’enseignement de sujets environnementaux dans les cours de sciences dès la petite enfance favorise le développement de la conscience écologique des enfants, qui se transformeront ainsi en adultes et en citoyens « verts ». Pendant la petite enfance, le meilleur moyen d’apprendre est d’explorer le fonctionnement de la nature. Toutefois, les enfants sont également curieux à propos du monde conçu par l’homme. Les initier aux mécanismes auxquels nous recourons pour créer notre futur et en influencer le cours les éveille au monde de la conception technique. L’investigation et la conception vont de pair pour expliquer le fonctionnement de l’environnement et le rôle qu’y jouent les humains, qu’il soit positif ou néfaste. Nous utiliserons ici la conception technique pour révéler par quels moyens les humains peuvent régler les problèmes qui menacent l’écosystème.
La croissance des plantes est un sujet fréquent dans les cours de sciences de deuxième année du primaire. Il est essentiel de saisir comment les plantes survivent et prospèrent pour comprendre leur rôle dans les écosystèmes. Même si plusieurs programmes du primaire incluent l’étude des plantes et des dynamiques des écosystèmes, la plupart n’abordent pas vraiment la participation des humains dans ces phénomènes. Les problèmes environnementaux à grande échelle tels que la déforestation et l’eutrophisation sont parfois à l’étude des années plus tard dans les cours sur les plantes, mais on parle rarement de l’utilisation des systèmes conçus par les humains pour favoriser la croissance des plantes, maximiser l’espace et régler les problèmes des déserts alimentaires. L’intégration de la conception technique dans l’enseignement et l’apprentissage se conjugue avec la nécessité de transmettre l’espoir ainsi que l’idée d’évolution et de changement, et peut nous aider à redéfinir le rôle des humains comme constructeurs et créateurs plutôt que destructeurs de la planète.
La conception technique comprend les étapes suivantes : définir le problème, faire une recherche, trouver des solutions potentielles, sélectionner la meilleure solution, créer un prototype, le tester et l’évaluer, et modifier le projet. La méthode est continue et répétitive afin de garantir le meilleur résultat possible. Il est crucial d’introduire cette méthode de réflexion dès la petite enfance pour encourager les élèves à comprendre les systèmes et les problèmes environnementaux et pour qu’ils soient en mesure d’imaginer et de concevoir des solutions. La série d’activités suivante intègre la conception technique dans les sciences de l’univers vivant.
Ces activités exploitent les idées présentées dans le programme pour l’éducation des enfants Next Generation Science Standards (les standards de sciences pour les prochaines générations du site web http://www.nextgenscience.org/) au sujet des relations d’interdépendance dans les écosystèmes et la conception technique. Ce bloc pédagogique convient aux élèves qui ont déjà une connaissance de base du cycle de vie des plantes. Les élèves commencent par explorer la pollinisation, puis ont l’occasion de créer un modèle de fleur en se servant de la conception technique. Ensuite, les élèves expérimentent pour découvrir quels facteurs sont essentiels à la croissance des plantes, c’est-à-dire l’eau et la lumière du soleil. Finalement, ils conçoivent un système de culture hydroponique pour savoir si les plantes ont besoin de terre pour croître, puis mènent une recherche afin de définir les moyens d’utiliser ce type de culture pour s’occuper des problèmes environnementaux.

Pollinisation

Cette activité consiste en une exploration guidée de la méthode de conception technique et comprend du travail avec l’ensemble de la classe et en équipe. Commencez par montrer une vidéo du film Pollen de Disney1, ou d’un autre film qui présente le phénomène. Demandez ensuite aux élèves de résumer ce qui se passe dans la vidéo. Puisqu’ils sont jeunes, ils en savent probablement peu sur la pollinisation. Dites-leur seulement qu’il s’agissait d’une vidéo sur la pollinisation sans l’expliquer davantage.

1. Affichez une grande image d’une fleur en avant de la classe et prévoyez des étiquettes que vous pourrez coller sur celle-ci. Donnez à chaque élève une copie de l’image, mais laissez-y de l’espace vide où se trouvent les étiquettes. Examinez les parties de la fleur avec vos élèves et, lorsqu’ils en découvrent une nouvelle, nommez un volontaire pour qu’il aille placer la bonne étiquette sur l’image. Pendant qu’il s’exécute, les autres peuvent écrire le nom de la partie sur leur propre copie. Cette activité correspond à l’étape « définir le problème » en conception technique.

2. Demandez à des volontaires d’aller en avant de la classe et d’utiliser des marionnettes ou d’autres accessoires pour mettre en scène la pollinisation. Lisez une histoire sur la pollinisation, comme La ruche de Pascale Hédelin et Sophie Lebot2. Pendant la lecture, les élèves qui ont les marionnettes miment l’action. Cette partie représente l’étape « faire une recherche ».

3. Regroupez les élèves en équipes pour qu’ils réfléchissent aux différents pollinisateurs.

4. En suivant les trois dernières étapes de la conception, chaque groupe crée sa propre fleur et choisit la façon dont elle sera pollinisée.

5. Chaque groupe présente sa fleur à la classe.

6. Terminez l’activité avec une brève révision du cycle de vie des plantes pour établir un lien entre la pollinisation et la croissance des graines et des plantes.

Observation des plantes

Cette activité est une investigation scientifique guidée permettant aux élèves de découvrir les besoins des plantes. Les élèves sont divisés en trois groupes : chaque groupe reçoit la même sorte de plante, qu’il doit planter dans un pot. Les élèves de chaque groupe se voient attribuer diverses tâches qui changent chaque jour. Par exemple, un élève aura la responsabilité d’arroser la plante de son équipe.

1. L’une des plantes est placée à la lumière du soleil et reçoit de l’eau régulièrement.

2. Une autre plante est située dans un endroit sombre de la classe sans lumière naturelle, par exemple dans un placard, et elle reçoit de l’eau.

3. La dernière plante est exposée au soleil, mais ne reçoit pas d’eau.

4. Chaque jour, les élèves doivent noter dans un journal leurs observations des trois plantes, notamment : couleur, taille, rythme de croissance, etc. Ils doivent également mesurer les plantes avec une règle.

5. Une fois par semaine, demandez aux élèves d’échanger leurs observations.

6. Après trois ou quatre semaines, engagez une discussion avec les élèves sur ce qu’ils ont remarqué lors de l’observation. Ils devraient être en mesure de déterminer que les plantes ont besoin d’eau et de soleil pour croître.

[Text in the box, page 36.]

Standards de sciences pour les prochaines générations
De la maternelle à la deuxième année – Conception technique

  • Poser des questions, faire des observations et rassembler de l’information sur une situation que les gens veulent changer pour définir un problème simple pouvant être résolu par la conception ou l’amélioration d’un objet ou d’un outil.
  • Créer un croquis, un dessin ou une maquette simples pour montrer comment la forme d’un objet contribue à son bon fonctionnement et l’aide à résoudre un problème donné.
  • Analyser les données rassemblées lors d’essais effectués sur deux objets conçus pour résoudre le même problème, afin d’en comparer les forces et les faiblesses.

Deuxième année – Les relations interdépendantes dans les écosystèmes

  • Planifier et réaliser une recherche scientifique pour déterminer si les plantes ont besoin de lumière du soleil et d’eau pour pousser.
  • Élaborer un modèle simple qui imite le rôle d’un animal lorsqu’il répand les graines ou pollinise les plantes.

Jardins hydroponiques

Cette activité reprend la méthode de conception technique et permet aux élèves d’aller plus loin en puisant dans leur bagage de connaissances et d’expériences. Commencez par demander à votre classe s’il est nécessaire d’utiliser de la terre pour faire pousser les plantes. Notez combien d’élèves répondent « oui » et combien répondent « non ».

Demandez aux élèves qui ne pensent pas que la terre est nécessaire pourquoi et comment ils croient que c’est possible.

1. Divisez la classe en équipes de trois. Au laboratoire d’informatique, les élèves font une recherche pour répondre aux questions suivantes :

  •  Les plantes peuvent-elles pousser sans terre?
  •  Si les plantes n’ont pas besoin de terre, de quoi ont-elles besoin?
  •  Qu’est-ce qu’un jardin hydroponique?
  •  De quoi a-t-on besoin pour faire un jardin hydroponique?

2. Demandez leurs réponses aux élèves et écrivez-les au tableau. Expliquez ce qu’est un jardin hydroponique si les élèves ne sont pas parvenus à fournir une réponse complète, puis demandez-leur de nommer le matériel requis pour en créer un. Annoncez aux élèves qu’ils en feront un en classe et demandez-leur de discuter des problèmes qu’ils pourraient rencontrer.

3. Les mêmes équipes de trois se réunissent; les élèves commencent par faire le croquis de leurs idées pour le jardin hydroponique. Ils doivent discuter ensemble de toutes les idées et s’entendre sur un croquis d’équipe. Ensuite, ils présentent l’idée choisie à la classe et expliquent pourquoi ils pensent qu’elle est la meilleure. Choisissez un croquis parmi tous ceux présentés pour que la classe le réalise.

4. Toute la classe fait le croquis de l’idée retenue, et chaque élève doit écrire pourquoi cette idée est la meilleure. Tous ensemble, ils décident du matériel nécessaire pour la création du jardin hydroponique.

5. Avec l’aide des élèves, aménagez le jardin hydroponique (le matériel devrait coûter environ 50 $). Ils doivent tenir un journal consacré au jardin en notant les étapes de son aménagement. Une fois le jardin terminé, les élèves réfléchissent aux changements pouvant avoir eu lieu durant l’aménagement, aux éléments qui ne figuraient pas au plan de départ. Décidez rapidement de l’espacement entre les graines et plantez-les avec toute la classe. Nous vous recommandons de planter de la laitue ou d’autres légumes verts à feuilles, parce qu’ils poussent rapidement, en plus d’être comestibles. Demandez aux élèves de noter de l’information dans leur journal tous les quatre jours, comme la grosseur et la couleur des plantes, ou encore d’y mettre des images. Ils doivent se servir d’une règle pour mesurer les plantes. Si quelqu’un possède un appareil photo, il peut prendre en photo la croissance des plantes. Sinon, les élèves dessinent leurs observations dans leur journal.

6. Pendant le déroulement de l’activité, guidez les élèves en leur faisant répondre à des questionnaires Web Quest3 et mener des recherches à la bibliothèque afin d’examiner la question suivante : comment les systèmes hydroponiques aident-ils les gens à régler des problèmes?

Conclusion

Environ cinq semaines après le début de l’aventure, les élèves notent une dernière observation sur les plantes du jardin. Ayez une discussion en classe à propos de ce qui a bien fonctionné dans l’activité et ce qui aurait pu être amélioré. Accordez du temps aux élèves pour qu’ils puissent créer un nouveau croquis du jardin. Ils expliqueront la raison de leurs changements et pourquoi leur croquis final serait meilleur que celui de départ.

Trop souvent, nous avons une perception négative du rôle des humains dans les écosystèmes de la planète. Pourtant, nous constatons tous les jours que, lorsque l’éducation des enfants les prépare à « penser vert », ils font des choix qui favorisent un environnement sain. Intégrer la conception technique dans un simple module sur la croissance des plantes, c’est permettre aux élèves de voir les humains comme innovateurs aptes à résoudre des problèmes plutôt qu’en destructeurs des écosystèmes. Cette approche les encourage également à étudier des questions difficiles, à prendre en considération plusieurs perspectives, tout en explorant le sujet familier des plantes et de leur rôle dans les écosystèmes. Somme toute, ajouter à ce thème la perspective de la conception technique nous permet de dresser un portrait positif de l’avenir de notre environnement.

Lauren Madden est professeure adjointe du programme d’éducation en sciences au primaire et coordonnatrice responsable de la mineure en éducation des enfants sur la durabilité environnementale au College of New Jersey dans la ville d’Ewing, au New Jersey. Son enseignement et son travail de recherche visent à aider les enfants à devenir des explorateurs curieux et des gardiens responsables du monde qui les entoure. Courtney McGovern a été diplômée avec grande distinction au College of New Jersey en 2015. Elle a obtenu un diplôme double en éducation de la petite enfance et en STIM intégratif (science, technologie, ingénierie et mathématiques). Elle enseigne actuellement en technologie à l’Academy of Fine Arts and Academics de l’école Bayonne High School.

Élyane Picard a obtenu son baccalauréat en traduction professionnelle à l’Université de Sherbrooke en 2016.

Ce qui précède est une traduction de « From Stems to STEM » qui a été publié en Green Teacher 108, Hiver 2016.