Comment mettre en oeuvre de façon efficace le projet expérimental et numérique désormais exigé en enseignement scientifique en 1ère ? Arnaud Salomé, enseignant de SVT au lycée Evariste Galois de Beaumont-sur-Oise (95) propose aux lycéens d’étudier les besoins des plantes. En suivant la croissance des fougères d’eau dans des boîtes de pétri, son projet permet aux élèves de réfléchir sur de nombreuses problématiques. L’utilisation d’un appareil photo et d’un logiciel permettent de mesurer la surface de la boîte occupée par les plantes. L’enseignant qualifie sa démarche de « souple en matière d’organisation, où les élèves sont le plus possible en autonomie, au cours d’une démarche expérimentale complète ». Que rêver de mieux ?
Comment résumer ce projet expérimental possible en enseignement scientifique en 1ère ?
Dans le cadre du nouveau programme d’enseignement scientifique, et à l’occasion de la production de ressources par le GEP SVT de Versailles, j’ai voulu proposer aux collègues un exemple de démarche scientifique complète et basée sur un exemple concret.
Le programme est très large, il propose d’utiliser des capteurs, d’acquérir numériquement des données, de les traiter et de les utiliser. On peut pratiquer tout ou partie de ces différentes activités et l’objet d’étude peut être choisi librement, en lien avec le programme ou non. Il est prévu de lui réserver une douzaine d’heures, en petits groupes.
J’ai donc essayé de retenir un exemple simple, peu coûteux, réinvestissant les techniques et matériels déjà présents dans les laboratoires de SVT et/ou PC, si possible en lien avec le programme, souple en matière d’organisation et où les élèves sont le plus possible en autonomie, au cours d’une démarche expérimentale complète. L’idéal est également de faire un travail en coopération avec les différentes disciplines qui prennent en charge cet enseignement.
La thématique retenue est celle des besoins d’une plante pour se développer car elle est facilement appréhendable par les élèves, qu’ils aient vu ou pas le cours sur la photosynthèse.
Les problématiques possibles sont nombreuses : Comment déterminer les besoins d’une plante en eau ou en engrais ? Comment limiter les apports en engrais sans diminuer les rendements agricoles ? Quelle durée d’éclairement est nécessaire pour cultiver une plante en laboratoire tout en économisant les ressources énergétiques ? De quelles substances minérales une plante a-t-elle besoin pour se développer ? etc.
On peut utiliser une petite plante aquatique comme la fougère d’eau, qui tient bien en laboratoire, se développe rapidement à certaines conditions (éclairement intense et eau non polluée en phosphates ou nitrates) et ne coûte pas cher.
Le principe est donc de cultiver ces plantes dans certaines conditions et de pouvoir suivre leur évolution sur plusieurs semaines pour en déduire à partir de l’analyse de ces données une réponse à la problématique retenue.
Quels capteurs sont utilisés par les élèves ? Comment les données sont-elles recueillies et traitées ?
Je propose une prise de photos des boites de Pétri contenant les cultures, suivi d’un traitement numérique pour mesurer la surface des feuilles chaque semaine. Le capteur retenu est donc un appareil photo, une caméra, un téléphone portable (dans le cadre d’un projet d’établissement) ou d’une tablette, en fonction du matériel disponible.
Les élèves peuvent alors traiter leurs captures numériques dans un logiciel qui leur permet de calculer la surface occupée par les plantules, ce qui permet de suivre l’évolution de la culture au cours du temps. Si on travaille plutôt sur des cultures d’euglènes, on peut simplifier cette étape en la remplaçant par une mesure d’absorbance par spectrophotométrie, on obtient alors une valeur directement utilisable.
Quels logiciels sont utilisés pour mener le projet ?
Il y a tout d’abord parfois le logiciel de capture numérique, en fonction du matériel utilisé.
Ensuite, on va mesurer la surface des plantules sur les photos. En SVT, le logiciel Mesurim convient tout à fait, il a déjà les fonctionnalités d’échelle et de mesure de surface. Mais d’autres sont bien sûr utilisables en fonction de l’équipement de l’établissement. Par exemple, le logiciel propriétaire des caméras pour microscope contient souvent cette fonctionnalité.
Pour l’exploitation des résultats, les élèves peuvent représenter un tableau de résultats, un graphique de l’évolution de la surface au cours du temps par exemple avec un tableur, voire de concevoir une présentation sous forme d’un diaporama pour le compte-rendu. Ces logiciels sont donc en général déjà présents dans les établissements et utilisés par les élèves dès la seconde, notamment dans le cadre de la formation aux ECE.
Quelles sont les contraintes rencontrées ?
Une fois que les cultures de fougères d’eau sont lancées, il faut avoir au minimum 3 semaines à y consacrer et la prise de photos doit avoir lieu régulièrement. La prise de vue doit être rigoureuse (fond blanc, identification du groupe, de l’expérience, de la date, vue perpendiculaire à même distance, même niveau de zoom, mêmes conditions d’éclairement) pour faciliter le traitement numérique. Il faut également s’assurer que chaque groupe a bien les photos qu’il lui faut chaque semaine car il n’est pas possible de reprendre une photo a posteriori. Les consignes doivent être claires pour que les élèves soient en autonomie (prévoir des aides et du matériel de secours).
Ceci dit, j’ai déjà pu tester ce protocole avec des secondes (lors d’une option) et ça s’est très bien passé. Je n’ai pas encore pu tester ces manipulations avec des tablettes Android ou iOS. Il serait sans doute possible d’y avoir une application permettant la mesure de la surface directement avec la caméra, sans prendre de photo.
Comment évaluez-vous le projet ?
Positivement, tout d’abord du côté des élèves, qui aiment bien travailler avec des plantes, tester leurs idées, manipuler en autonomie et s’entraider. D’une manière générale, c’est aussi une reconnaissance dans le tronc commun de première de l’importance de la pratique d’une démarche expérimentale. De nombreuses alternatives ou poursuites sont possibles. Ce n’est bien sûr qu’une proposition parmi tout ce qui s’offre à nous avec ce nouveau projet expérimental.
Propos recueillis par Julien Cabioch
