Découvrir la modélisation en Sciences avec un bras articulé en CE2

Tout au long de la journée, notre corps est en mouvement et, mis à part lors d’exercices physiques répétitifs ou difficiles, on oublie souvent qu’il est une machine technique vivante. Alors pourquoi ne pas retenir l’attention des élèves sur les mouvements de leur corps par l’intermédiaire d’une séance d’EPS ? Voilà une belle occasion pour que ces derniers se questionnent  sur le fonctionnement de notre corps humain et sur les éléments qui le compose pour pouvoir bouger. 

Et si on modélisait notre bras pour comprendre ce qu’il s’y passe à l’intérieur ?

En Sciences, la modélisation est l’occasion pour les élèves de constituer une aide à l’interprétation de certains phénomènes. Elle permet de ne pas rester muet devant ces phénomènes, ni de s’en tenir à des représentations spontanées. De même, la construction de modèles a pour but d’amener les enfants à prendre conscience que la connaissance se construit et que les modèles ainsi construits permettent la prévision et l’explication.  A l’école, l’expérimentation et la modélisation sont complémentaires et non contradictoires. L’expérimentation sert à tester des hypothèses et la modélisation à interpréter des observations.

A travers la maquette d’un bras articulé, les élèves pourront comprendre les phénomènes d’extension et de flexion d’un bras. Il pourront comparer la taille des muscles selon les mouvement de l’articulation du coude et comprendre le rôle des tendons à savoir relier les muscles aux os.

Notre maquette ci-dessous est fabriquée principalement avec du carton et du papier. En effet, les os ont été dessiné puis découpé dans du carton tandis que les muscles sont représentés par une guirlande de papier retranscrivant la contraction et le relâchement des muscles. C’est notamment grâce à des élastiques représentant les tendons, que les muscles en papier se tendent et se relâchent selon le mouvement du bras. De plus, des attaches parisiennes ont permis de fabriquer l’articulation du coude et d’accrocher les tendons en élastique pour relier les os et les muscles.

Pour concevoir cet objet, nous avons rencontré quelques difficultés. Nous avons eu du mal à trouver un moyen pour représenter un muscle contracté et un muscle relâché. Il fallait que notre modélisation représente une épaisseur et une longueur différente des muscles selon le mouvement de l’articulation en carton. Nous avons alors choisi de fabriquer une guirlande en papier pour représenter ce phénomène naturel. De plus, après avoir fini notre objet, nous avons hésité à ajouter une représentation de l’omoplate auquel les tendons des biceps et triceps sont reliés dans la réalité. Cependant, après réflexion et après un travail de recherche nous avons pris en compte que la modélisation n’est pas la pure vérité mais uniquement un principe de représentation permettant de comprendre partiellement un phénomène. Les élastiques de notre objet représente le lien établi par les tendons entre les os et les muscles alors nous avons laissé notre objet tel quel ci-dessous.

 

Quelle approche didactique pour cet objet technique ?

En CE2, les programmes scolaires prévoient que les élèves abordent le monde vivant et les comportements favorables à leur santé. Quoi de mieux alors pour préserver sa santé que de comprendre comment notre corps fonctionne. La réalisation d’un bras articulé avec les élèves est l’occasion de repérer les éléments permettant les mouvements corporels.

Mais attention, en Sciences il n’est jamais question de transmission directe des savoirs, on attend des élèves qu’ils « questionnent le monde » par le biais d’une démarche scientifique. Pour mettre en place cette démarche, plusieurs étapes sont essentielles dans la conception d’une séquence. En partant d’une situation départ dite aussi de « motivation », l’enseignant relève les représentations initiales des élèves. Grâce à ces représentations les élèves vont être amenés à formuler un problème (« Qu’est ce qui dans mon corps me permet d’exécuter des mouvements ? »). Ce problème soulèvera des hypothèses pour y répondre. Afin de vérifier les hypothèses, l’enseignement met en œuvre des temps d’observation pour stimuler la curiosité grandissante des élèves au fur et à mesure de la démarche scientifique. L’observation peut se faire à partir de ressources documentaires variées tels que des textes, des images ou des vidéos. L’expérimentation aussi s’inscrit dans la démarche scientifique. Les pratiques expérimentales permettent l’apprentissage de techniques rendant ainsi le savoir opérationnel. Si la démarche expérimentale est trop complexe à mettre en place, celle-ci peut être complétée par des modélisations. C’est en cela que la construction du bras articulé prend place dans notre séquence. La démarche d’investigation doit permettre une meilleure intégration des nouvelles connaissances.

Voici le déroulement d’une séquence adaptée pour exploiter la modélisation d’un bras articulé :

Séance 1 : En lien avec des séances de danse en EPS, l’enseignant relèvera les représentations initiales des élèves sur ce qui, dans leur corps, leur permet d’être mobile. L’objectif de cette séance est que les élèves argumentent leur représentations, qu’ils les comparent et s’en servent pour soulever différentes questions

Séance 2 : Cette séance est consacrée spécifiquement aux os et au squelette. Par des recherches documentaires variées (livre, internet, vidéos etc.), les élèves devront répondre à différentes questions soulevées par les représentations initiales des élèves. L’objectif de cette séance est que les élèves visualisent un squelette dans sa globalité et qu’ils comprennent que les os grandissent et sont fragiles.

Séance 3 : Il s’agira pour cette séance d’aborder les articulations. L’enseignant proposera une expérimentation pour repérer les articulations du corps humain. Cela consistera à demander au élèves de glisser leur bras et leur jambe dans un tube en PVC et de leur demander d’observer ce qu’il se passe s’ils veulent réaliser une flexion de leurs membres. L’objectif est que les élèves repèrent les différentes articulation du squelette, qu’ils les nomment et qu’ils les différencient.

Séance 4 : En binôme, les élèves vont tenter de comprendre le fonctionnement du biceps et du triceps lors d’une flexion et d’une extension. On proposera aux élèves de schématiser leurs observations. Ensuite, grâce à un support documentaire audiovisuel, on demandera aux élèves de relever individuellement par écrit ce qu’ils ont compris à propos des phénomènes de contraction du biceps et du triceps lors d’une flexion et d’une extension. L’objectif de cette séance est de comprendre le fonctionnement des muscles et de formuler par la schématisation et par l’écrit des observations et des informations.

Séance 5 : Cette dernière séance mobilisera tous les savoirs accumulés lors de la séquence pour réaliser la modélisation d’un bras articulé. Avant de proposer un protocole de fabrication, les élèves auront un temps de réflexion pour imaginer ce qu’il faut retrouver dans la modélisation pour représenter une réalité non accessible à l’œil nu.

Alors maintenant plus de raisons de rester les bras croisés devant les programmes de sciences et  on vous rassure construire un bras articulé dans sa classe, ca ne coûte pas un bras 😉

 

alice.dubillot

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