3. Comparer et interpréter les résultats expérimentaux

Une analyse comparative entre les résultats de l'expérience et ceux de l'expérience témoin permet de conclure sur la validité des hypothèses. Les savoirs construits par l'expérimentation sont complétés par des apports de l'enseignant.

Déroulement

Articulation avec l'unité 2 : Les élèves ont mis en œuvre des expériences pour répondre au problème "Par où l'eau entre-t-elle dans une plante ?". Ils ont recueilli un ensemble de données expérimentales .
Afin que les élèves puissent se situer dans la démarche, l'enseignant questionne collectivement les élèves sur le problème à résoudre, l'hypothèse à tester, le rôle du témoin, et les résultats. Pour répondre, les élèves s'appuient sur les traces, individuelles et collectives, constituées tout au long de la démarche, les hypothèses à tester, les protocoles mis en oeuvre, et le tableau de relevés de mesures pour chaque groupe.

Phase 1 – Traitement des données et interprétation

Les élèves travaillent par groupe. Ils ont effectué des mesures ayant pour objectif de déterminer l'absorption de l'eau par les racines ou par les feuilles. Soit il ont directement mesuré l'abaissement du niveau d'eau dans les tubes, soit ils ont mesuré la hauteur d'eau dans le tube à différents instants. Dans ce deuxième cas, il est nécessaire de donner du sens aux mesures effectuées en calculant l'abaissement du niveau d'eau dans chacun des tubes pour pouvoir interpréter les résultats. Ils complètent leur tableau de données avec leurs calculs.
Chaque groupe interprète ensuite ses résultats (abaissement du niveau d'eau, observations sur les transformations de la plantule). Cette interprétation consiste à comparer les résultats obtenus dans le tube et le tube témoin et à confronter ces résultats aux transformations des plantules dans chacun des tubes de façon à conclure sur la validité de l'hypothèse testée. Les élèves s'appuient sur le les résultats anticipés dans la phase 2 de l'unité 2 et sur l'ensemble des données recueillies.

Exemples de données recueillies :
- Relevé de mesures et d'observation de groupes d'élèves ayant testé l'hypothèse "L'eau rentre par les feuilles"
- Relevé de mesures et d'observation de groupes d'élèves ayant testé l'hypothèse "L'eau rentre par les racines"

Une bonne connaissance par l'enseignant des résultats et des conclusions possibles lui permet de relancer le débat au sein de chaque groupe et d'aider ainsi les élèves à interpréter leurs résultats et à élaborer leur conclusion.
Consulter les guides pour l'enseignant : racines, feuilles.

L'enseignant peut consigner, pour la phase suivante, l'ensemble des résultats de la classe dans un tableau.

Phase 2 – Mise en commun des conclusions

Un ou deux rapporteur(s) par groupe expose(nt) les résultats et leurs conclusions à la classe. L'enseignant organise le débat. Il distribue la parole dans la classe pour les éventuelles questions ou commentaires des élèves des autres groupes. Il engage ceux qui écoutent à dire s'ils sont convaincus ou non par le raisonnement proposé et relance la réflexion par des questions ciblées. Les liens entre les résultats et les hypothèses sont explorés.
Quand tous les groupes ont exposé leur conclusion, il est possible de s'interroger sur des résultats qui peuvent éventuellement paraître contradictoires. Plutôt que de vouloir taire ou gommer de tels constats, il est intéressant de les exploiter pour former un esprit critique. Ces différences peuvent être liées au protocole. S'il s'agit de protocoles identiques, on peut s'interroger s'ils ont été conduits de la même façon. S'il s'agit de protocoles différents, il est possible de discuter de leur pertinence (choix d'un outil adapté pour les mesures, la présence d'un bouchon d'huile pour empêcher l'évaporation qui peut être responsable de la dégradation des plantules, ...). Ces différences peuvent encore être liées aux plantules qui sont forcément différentes d'une expérience à l'autre. Ce point permet d'introduire la variabilité des individus.

Une trace élaborée collectivement restitue les constats et les conclusions de la classe à partir de la prise de notes faite au tableau par l'enseignant.

Phase 3 – Structuration des connaissances

Le savoir qui peut être institutionnalisé à partir de cette étude expérimentale est le suivant : "Comme tous les végétaux possédant des racines, les plantules de pois puisent l'eau dans le sol grâce à leurs racines. Sans eau, elles meurent."
Chez des élèves de CM, ce savoir peut être complété par les points suivants :
- les racines sont également l'entrée des éléments minéraux,
- l'eau et les éléments minéraux constituent la sève,
- la sève circule dans l'ensemble de la plante dans des vaisseaux.
Ce nouveau savoir peut être exposé par l'enseignant, il peut faire l'objet d'une recherche documentaire ou également d'une expérimentation sur la circulation de l'eau dans la plante.

Clôture

La correspondance avec la classe de GS peut être finalisée.

Compétences

Démarche scientifique

Mettre à l'épreuve des hypothèses : exploiter des résultats expérimentaux pour conclure sur la validité d'une hypothèse.

Communiquer, rendre compte de la recherche, des résultats obtenus et de leur interprétation.

Manifester un esprit critique sur les résultats obtenus.
Répondre à un problème scientifique.

Maîtrise de la langue

Produire un texte explicatif : rédiger une conclusion argumentée en utilisant un vocabulaire scientifique.
Participer à un débat, argumenter.

Autres compétences travaillées : lien avec les mathématiques et les TICE

Le traitement des données peut faire l'objet d'un apprentissage à part entière en mathématiques.

Calculer l'abaissement du niveau d'eau : soustraction des nombres décimaux, signification d'un abaissement, conversion des unités de mesure.

Représentation de l'abaissement des niveaux d'eau : histogramme obtenu à partir des bandes de papier millimétré (consulter pour exemple la séquence sur la fonte des glaçons), utilisation d'un tableur.

Organisation

Les élèves travaillent par groupe de quatre ou cinq.

Les phases collectives permettent de s'approprier le problème, de communiquer ses résultats et de confronter ses conclusions.
Des temps sont prévus pour permettre de finaliser les écrits au sein des groupes avec l'enseignant pendant que le reste de la classe travaille en autonomie. Certaines phrases peuvent être reformulées et corrigées, la production est alors réorganisée dans sa globalité. Elle peut donner lieu à un document final, rédigé à l'aide des TICE et intégrant tableau, dessins, texte et photographies (voir productions 1 et 2).

Déroulé temporel

Une à deux séances de 45 mn.

Matériel

Les dispositifs expérimentaux,

Les relevés de mesures et d'observation,

Les affichages collectifs des expériences.

Explicitation et justification des choix didactiques, modifications possibles

Le travail d'argumentation est un apprentissage qui se poursuit tout au long de la scolarité. Le rôle de l'enseignant est déterminant pour permettre aux groupes d'accéder à l'autonomie et au débat, certains enfants ayant tendance à imposer leur point de vue, d'autres restant très passifs. Il peut être aussi utile de pratiquer la dictée à l'adulte pour favoriser l'émergence d'idées et points de vue au sein des groupes moins autonomes, l'écrit étant une barrière pour certains élèves.
Les phases collectives permettent de travailler l'argumentation, de revenir sur les liens entre hypothèses et résultats obtenus, et de conclure. Un retour sur les conditions expérimentales choisies est aussi possible. Dans une classe, face à diverses expériences menées, l'enseignante avait demandé : "D'après-vous, quelle est l'expérience qui montre le mieux que les plantes absorbent l'eau par les racines ?". La discussion qui s'en était suivie était riche en questionnement épistémologique sur les protocoles expérimentaux. La nécessité de comparer à un témoin, le questionnement sur le soin pris pour faire les mesures, ou sur le nombre de plantules à considérer étaient alors apparus dans le débat.

Se demander ce qu'on ferait différemment si on voulait refaire l'expérience est aussi une stratégie intéressante pour questionner la conception de protocole expérimental.

Autres pistes

Les besoins en sels minéraux et lumière des plantes herbacées peuvent également donner lieu à des démarches d'investigation mettant en jeu la construction d'un problème, l'élaboration d'hypothèses et la conception de protocoles expérimentaux comparatifs. Pour concevoir de tels protocoles, il faut être vigilant à dissocier les facteurs : tous les facteurs doivent être fixés, seul le facteur étudié (lumière ou éléments minéraux) varie.

La question "Où va l'eau dans la plante ?" peut également faire l'objet d'une investigation expérimentale. Le trajet de l'eau dans les vaisseaux peut être visualisé en colorant l'eau dans laquelle trempe les plantules.
Consulter un recueil d'expériences menées en classe de CM.