Enseigner les sciences a l’ecole

Sciences-Physiques et Technologie

Pour (bien) commencer. . .

Frederic Kapala

Edite avec LATEX

Le 21 janvier 2004

Table des matieres

1 Introduction 2

2 Un cadre institutionnel 22.1 Le Plan Renove de l’Enseignement des Sciences et de la Techno-

logie a l’Ecole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Outils institutionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2.1 Les documents d’application des programmes . . . . . . . 32.2.2 Les documents d’accompagnement . . . . . . . . . . . . . 3

3 Demarches pedagogiques 33.1 La Main a la Pate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

3.1.1 Les dix principes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.1.2 Ce qu’il en reste. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

3.2 La demarche de projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

4 Demarches scientifiques et technologiques 54.1 Demarches scientifiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Demarches technologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.3 Articulation des demarches technologiques . . . . . . . . . . . . . 64.4 Articulation des demarches scientifiques et technologiques . . . . 8

5 Place de l’ecrit 85.1 Les Representations Initiales, leurs roles et leur utilisation. . . . . 95.2 Le carnet d’experience : role et modalites. . . . . . . . . . . . . . 95.3 Articulation Sciences et maıtrise de la langue. . . . . . . . . . . . 10

1

6 Savoirs 106.1 Champs notionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

6.1.1 La matiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.1.2 Le monde des objets, le monde fabrique par l’homme :

Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106.1.3 La Terre, la Lune et le Soleil et la demarche de modelisation 11

6.2 Ressources particulieres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.2.1 Cycle 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156.2.2 Cycle 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

7 Concevoir une sequence en Sciences a l’ecole 157.1 Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157.2 Seance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1 Introduction

Ce document n’aurait pas pu s’appeler “Les sciences a l’ecole en 10 lecons”.Voila en quelques pages rassembles, non pas des “recettes de cuisine” infaillibles,mais des ingredients susceptibles de pimenter votre questionnement. Il vous re-vient de construire, a partir de ces reflexions et des nombreux echanges que vousaurez avec vos collegues (formateurs ou non), une maniere originale d’enseignerdes sciences a l’ecole.

La majeure partie des documents cites ci-apres sont a votre disposition surle serveur local (Poste de travail→ Commun sur Babar→Sciences Physiques).

2 Un cadre institutionnel

2.1 Le Plan Renove de l’Enseignement des Sciences et dela Technologie a l’Ecole

Reveille au milieu des annees 90 par l’impact de l’operation “La main ala pate” (initiee par le Prix Nobel Georges Charpak et toujours conduite parl’Academie des Sciences dont il est membre) l’enseignement des sciences a l’ecoleest dote par le ministere d’un “Plan de Renovation de l’Enseignement desSciences et de la Technologie a l’Ecole” (PRESTE) dont l’objectif est de de-mocratiser les demarches initiees ou redecouvertes avec “La main a la pate”tout en circonscrivant les derives constatees. Les reflexions alors menees abou-tissent a ce qui deviendra le volet scientifique des nouveaux programmes de 2002([1],[2] et [3]) et les outils d’accompagnement de ceux-ci.

2.2 Outils institutionnels

Le site Internet Eduscol (http://www.eduscol.education.fr/) fournit uncertain nombre de ressources bien utiles :

2

2.2.1 Les documents d’application des programmes

– Decouvrir le monde - cycles 1 et 2 (en cours de mise en ligne) ;– Sciences et Technologie - cycle 3 [4].

(http://www.cndp.fr/textes_officiels/ecole/appl-sciencetech-c3.pdf)Pour le cycle 3, il est indispensable de connaıtre ce document qui detaillele programme et l’enonce en terme de competences exigibles.

– Fiches connaissances - cycles 2 et 3 [5](http://www.cndp.fr/textes_officiels/ecole/sciences-fiches-c2c3.pdf)Ces fiches vous seront tres utiles car elles vous fournissent d’une manieretres accessible l’arriere-plan pedagogique, didactique et notionnel vous per-mettant de bien concevoir vos sequences. Elles fixent aussi le niveau demaıtrise que vous devez posseder dans le champ concerne pour pouvoirconduire les seances avec suffisamment de recul.

2.2.2 Les documents d’accompagnement

(http://www.cndp.fr/doc_administrative/programmes)– Enseigner les sciences a l’ecole (cycles 1 et 2) [6] ;– Enseigner les sciences a l’ecole (cycle 3) [7].

Ces deux derniers livrets sont accompagnes, chacun, d’un cederom contenantl’ensemble des documents des trois cycles, une mediatheque (productions d’eleves,images, videos, diapositives) et des extraits des sites EduSCOL, La main a lapate et SCEREN-CNDP.

3 Demarches pedagogiques

3.1 La Main a la Pate

http://www.inrp.fr/lamap/

3.1.1 Les dix principes

La demarche pedagogique —

1. Les enfants observent un objet ou un phenomene du monde reel,proche et sensible et experimentent sur lui.

2. Au cours de leurs investigations, les enfants argumentent et rai-sonnent, mettent en commun et discutent leurs idees et leurs resultats,construisent leurs connaissances, une activite purement manuelle nesuffisant pas.

3. Les activites proposees aux eleves par le maıtre sont organisees ensequences en vue d’une progression des apprentissages. Elles releventdes programmes et laissent une large part a l’autonomie des eleves.

3

4. Un volume minimum de deux heures par semaine est consacre a unmeme theme pendant plusieurs semaines. Une continuite des acti-vites et des methodes pedagogiques est assuree sur l’ensemble de lascolarite.

5. Les enfants tiennent chacun un cahier d’experiences avec leurs motsa eux.

6. L’objectif majeur est une appropriation progressive, par les eleves,de concepts scientifiques et de techniques operatoires, accompagneed’une consolidation de l’expression ecrite et orale.

Le partenariat —

1. Les familles et/ou le quartier sont sollicites pour le travail realise enclasse.

2. Localement, des partenaires scientifiques (universites, grandes ecoles)accompagnent le travail de la classe en mettant leurs competences adisposition.

3. Localement, les IUFM mettent leur experience pedagogique et didac-tique au service de l’enseignant.

4. L’enseignant peut obtenir aupres du site Internet des modules amettre en œuvre, des idees d’activites, des reponses a ses questions.Il peut aussi participer a un travail cooperatif en dialoguant avec descollegues, des formateurs et des scientifiques.

3.1.2 Ce qu’il en reste. . .

Ce cahier des charges ambitieux s’inspire, quant a la didactique, de l’activitescientifique telle que la pratiquent les chercheurs dans les laboratoires, et relevepedagogiquement du constructivisme. L’outil qui est au centre du dispositif etqui constitue le legs le plus important fait aux demarches pronees dans les nou-veaux programmes est le cahier d’experience (renomme “carnet d’experience”).Celui-ci permet, entre autres, l’utilisation des traces produites lors des seancesde sciences pour la maıtrise du langage (cf. § 5).

L’operation “La Main a la Pate” perdure aujourd’hui, grace aux maıtresbenevolement engages, parallelement au PRESTE, et joue le role, selon lestermes des textes officiels, de “moteur d’innovation pedagogique”.

La charte enoncee ci-dessus symbolise, quoi qu’il en soit, l’esprit dans lequelil est souhaitable de se trouver pour pratiquer les “sciences a l’ecole”. Enfin,l’esprit de mutualisation qui a accompagne le developpement de l’operation setraduit par la mise a disposition de ressources (nombreuses idees de seances)pour les enseignants qui consultent le site Internet de “la Main a la Pate”.

3.2 La demarche de projet

Un bon moyen de donner du sens aux enseignements est d’inscrire ces en-seignements, autant que faire se peut, dans des “demarches de projet”. Comme

4

Discipline no 1

obj. O11 ,O1

2 ,...,O1p1

WWWWWW

++WWWWWW

Discipline no 2

obj. O21 ,O2

2 ,...,O2p2

gggggg

ssgggggg

Realisation, Production, but, PROJET

Discipline no n

obj. On1 ,On

2 ,...,Onpn

OO

Fig. 1 – Schema d’une demarche de projet

l’illustre la figure 1 cela ne signifie rien d’autre que mettre plusieurs disciplinesau service de la realisation d’un objectif commun (une construction, une pro-duction. . .). Pour ces disciplines, qui contribuent de maniere articulee a l’at-teinte d’un but commun, c’est l’occasion de travailler des objectifs disciplinairespropres (competences) bien identifies en rapport aux programmes.

Contrairement a une approche “thematique”, dans laquelle un theme sertde support a differentes disciplines sans articulation entre elles, cette demarcheest une demarche convergente ; a l’objectif explicite commun (la realisation)s’ajoutent des objectifs implicites disciplinaires et bien sur les objectifs trans-versaux et transdisciplinaires lies a la necessaire articulation des seances desdifferentes disciplines impliquees (comme l’illustre la figure 2).

Cette demarche demande un gros travail de preparation dans la conceptionde l’architecture de la sequence du projet, pour savoir comment articuler entreselles les seances des disciplines avec sens et logique. Elle requiert aussi de pouvoirprogrammer la realisation du projet sur un laps de temps qui permette de ne pasperdre - par lassitude - le benefice de l’interet suscite par l’objectif a atteindre.

4 Demarches scientifiques et technologiques

Il est important de ne pas confondre la methodologie experimentale (OHE-RIC, Observation, Hypothese, Experimentation, Resultats, Interpretation etConclusion), qui represente l’ordre logique de presentation des resultats d’uneactivite scientifique, avec le vecu et la reconnaissance des differentes etapes decelle-ci.

On pourrait proposer qu’enseigner les sciences, c’est non seulement construiredes notions, mais aussi construire ce qui fait qu’une “maniere de faire” est, oupas, scientifique, en fonction des etapes par lesquelles on passe et en fonction deleur articulation.

On doit donc faire vivre aux enfants des processus et construire leur coherence.

4.1 Demarches scientifiques

La figure 3 montre la complexite des processus de recherche qu’il faut fairetoucher du doigt a nos eleves, en comparant la “methodologie experimentale”

5

DISCIPLINE Seances de la sequence

//

D1 //S11

��777

7777

7777

7777

7777

7777

77S1

2

��++

++

++

++

++

+

D2 //S21

??�������

. . .

Dn //Sn1

FF�������������Sn

p

Fig. 2 – Articulation temporelle du projet

et les elements qui font qu’une demarche est un cheminement qui passe par desetapes a reconnaıtre.

La figure 4 montre les demarches qu’on peut mobiliser a l’occasion d’une“activite de recherche.

4.2 Demarches technologiques

On peut schematiquement reperer deux manieres complementaires d’analy-ser un objet. On peut faire une analyse de fabrication, qui permet de detailler,depuis le besoin, qui rend necessaire la conception puis la fabrication de l’objet,jusqu’a son recyclage, les differentes etapes de sa “vie d’objet”.

On peut aussi considerer l’objet dans son rapport a son contexte d’utili-sation, a son environnement. L’etude historique, geographique, sociologique,economiques, esthetique...hygienique de l’objet constitue ce qu’on appelle l’ana-lyse systemique.

4.3 Articulation des demarches technologiques

Ces deux demarches technologiques sont complementaires dans la mesureou l’analyse systemique nous aide a comprendre l’ensemble des contraintesfixees prealablement a la conception de l’objet. L’enonciation des ces contraintesconstitue le Cahier des charges (voir figure 5).

6

Fig. 3 – Methodes et demarches experimentales

Fig. 4 – Les demarches scientifiques

7

Fig. 5 – Articulation entre demarches scientifiques et demarches technologiques

4.4 Articulation des demarches scientifiques et technolo-giques

Lors des phases de conception d’un objet, le concepteur doit faire des choixtechnologiques pour que l’objet reponde au besoin enonce en respectant le cadreimpose du cahier des charges. Des mecanismes et des systemes doivent etreinventes, des matieres testees. . .on voit bien la comment une demarche techno-logique implique une demarche scientifique.

Cette articulation, illustree par la figure 5, revet pedagogiquement une grandeimportance dans la mesure ou nous pouvons amener l’acquisition de notionsscientifiques par le biais de la fabrication d’objets, mettant ainsi en œuvre unedemarche de projet nous permettant d’atteindre des objectifs scientifiques ettechnologiques. C’est parce qu’on a besoin de fabriquer un objet qu’on va de-voir “inventer” comment il doit fonctionner, et ainsi acquerir des competencesdans les champs notionnels concernes.

5 Place de l’ecrit

Il faut des le debut se convaincre que les activites d’ecrit ne sont pas facul-tatives ou juste un “plus” dans les activites scientifiques. De la meme facon, ilfaut faire attention a ce que les sciences ne soient pas qu’un alibi pour produirede l’ecrit. L’ecrit est consubstanciel a l’activite scientifique (le laboratoire est

8

plus le lieu des inscriptions que celui des experimentations [8]), en tant qu’ac-tivite intellectuelle, l’activite scientifique est fondamentalement une activite delangage, de langage ordonne. Il faut donc profiter de cette dualite et se servir del’ecrit produit en sciences a la fois pour en baliser les demarches et aussi pourameliorer les competences langagieres.

5.1 Les Representations Initiales, leurs roles et leur utili-sation.

L’idee que se fait l’enfant d’un phenomene, cette representation (ou concep-tion) sur laquelle notre enseignement doit jouer pour la faire evoluer, nous estpartiellement accessible par l’intermediaire de traces que sont les representationsgraphiques (textes et dessins), les paroles et les gestes. Le maıtre, grace a sa for-mation et a son experience, a connaissance des obstacles qu’il va rencontrersur un sujet donne et pourrait se dispenser de recueillir ces traces. Cependant,l’eleve en face de lui n’est pas une moyenne d’eleve et surtout, il n’a probable-ment pas conscience, ni de ce qu’il pense, ni de ce que les autres pensent. Cerecueil permet donc au maıtre de differencier son enseignement, et a l’enfant deprendre conscience de l’inadequation de sa pensee au phenomene, de la place deson idee dans celles du groupe. L’ecrit est alors l’idee a modifier, modificationqui va etre facilitee par la comparaison avec les ecrits produit au cours de lademarche (retour sur la trace, ce que je pensais, ce que je constate. . .).

5.2 Le carnet d’experience : role et modalites.

L’ecrit en sciences ne sert pas qu’a institutionnaliser et conserver. Il sert poursoi mais aussi pour communiquer et echanger. L’ecrit aide a reflechir (concep-tualisation) et permet les mises en relation. Certains ecrits sont specifiqueset doivent etre maıtrises (legende, compte-rendu. . .), mais permettent dans lememe temps un enrichissement de la langue. Astolfi [8] releve les implicationsde cela pour la classe :

– Encourager les brouillons ;– Favoriser les reprises d’ecriture ;– Refrener la pression de l’evaluation ;– Selectionner les fonctions de l’ecrit privilegiees ;– Developper des moments reflexifs ;– L’ecrit comme outil. . .pas comme finalite.

Ne perdons pas de vue non plus que l’ecrit doit pouvoir permettre a l’enfantd’identifier les temps caracteristiques de la demarche vecue, qu’il doit refleter lesattendus scientifiques et pedagogiques de celle-ci. On doit donc pouvoir aussireconnaıtre l’ecrit individuel de celui produit par le groupe ou par la classe(code couleur pour les feuilles ?), on doit pouvoir differencier l’ecrit d’opinion, deprevision, de travail, de reflexion, d’institutionnalisation et de communication.La figure 6 rends compte des ecrits a recueillir lors des demarches.

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Fig. 6 – Temps d’ecrit lors des activites scientifiques

5.3 Articulation Sciences et maıtrise de la langue.

La figure 7 propose une articulation (qui est en fait une demarche de projet)de seances de sciences et de maıtrise de la langue qui permet aux sciences deprofiter des fonctions de l’ecrit, et qui fournit a la maıtrise du langage dessupports de travail susceptibles de l’enrichir.

6 Savoirs

6.1 Champs notionnels

6.1.1 La matiere

La figure 8 presente comment s’articule l’etude de la matiere sur les troiscycles.

Les references [9], [10] et [11] proposent des fiches-guides pour concevoir dessequences sur l’eau et les liquides.

6.1.2 Le monde des objets, le monde fabrique par l’homme : Tech-nologie

A l’ecole primaire, les objets etudies ou realises sont ceux qui comportentdes mecanismes simples ou des circuits electriques simples. L’etude d’objets qui

10

Fig. 7 – Proposition d’articulation Sciences-Maıtrise du Langage

comportent des pieces mobiles permet, d’une part, d’aborder les rudiments dela transmission et de la transformation du mouvement (engrenages, poulies. . .),et d’autres part, d’aborder l’etude des equilibres (balances et leviers).

L’etude des objets fonctionnant a l’electricite permet d’aborder les bases del’electricite (circuits, conducteurs/isolants. . .), et aussi les questions de securitedomestique. La figure 9 presente comment s’articule l’etude des objets sur lestrois cycles. De la meme facon, la figure 10 detaille ce qui concerne les objetsfonctionnant a l’electricite.

La reference [12] propose des fiches-guides pour concevoir des sequences surl’analyse de mecanismes et sur l’etude de l’equilibre.

6.1.3 La Terre, la Lune et le Soleil et la demarche de modelisation

L’etude des phenomenes de base de l’astronomie permet de mettre en œuvredes demarches de modelisation. Cela signifie que l’on demande aux enfants, parla manipulation de “maquettes” des systemes qu’ils etudient, de proposer desmodeles explicatifs de ce qui est observe. Le choix du “bon” modele peut etreensuite decide grace a une demarche de documentation ou a une demarche demodelisation complementaire. la reference [13] decrit dans le detail commentmener une telle demarche. La reference [14] propose un ensemble complet d’ac-tivites en astronomie.

La reference [15] permet de (re-)travailler les bases necessaires en astronomieet propose des activites dont on peut s’inspirer pour la classe.

11

Fig. 8 – La matiere au long des trois cycles

12

Fig. 9 – le monde des objets au long des trois cycles

13

Fig. 10 – L’electricite au long des trois cycles

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6.2 Ressources particulieres

6.2.1 Cycle 1

L’ouvrage [16] est indispensable pour aborder l’enseignement des sciencesa la maternelle et permet de faire le point sur les demarche pronees par lesmodeles pedagogiques de reference.

On peut trouver dans la reference [17] de bonnes idees d’activites pour peuqu’on veuille bien les integrer a des demarches plus conformes a ce qui a ete ditci-dessus.

Enfin, l’ouvrage [18] est une ressource interessante pour travailler les notionsd’ombre et de lumiere a la maternelle.

6.2.2 Cycle 2

Le cycle 2 est marque par l’etude des objets et l’ouvrage [19], meme s’il serefere aux programmes de 1995 propose des approches riches et interessantes ;il permet aussi a l’enseignant d’y voir plus clair. . .

7 Concevoir une sequence en Sciences a l’ecole

Les elements qui suivent constituent la base des questions minimales a seposer lors de la conception des seances. Ils peuvent figurer eventuellement dansune fiche de preparation. . .

7.1 Sequence

– Contexte global ; Place dans le cycle, dans le niveau, dans le projet d’ecole. . .– Architecture de sequence ;– Objectifs de la sequence ;– Explicitation eventuelle d’une demarche de projet (explicitation du but et

de la pluridisciplinarite) ;– Articulation logique des seances.

7.2 Seance

– Objectifs de seance (“ce que les eleves auront appris a la fin de la seance”1)en termes de savoir, savoir-faire et savoir-etre ; eventuellement type d’ob-jectif (disciplinaire, interdisciplinaire, transdisciplinaire) ;

– Phases :– Eventuellement minutage prevu de chaque phase ;– Structure de chaque phase (individuelle, groupe, classe) ;

1Cette question est souvent posee lors des “visites institutionnelles” et la reponse n’est pastoujours evidente a donner, surtout en termes de savoirs savants, ce qui est le plus souventattendu. Il faut alors savoir mettre en evidence, surtout en debut de sequence, le role de laseance dans l’economie generale de celle-la et en quoi elle est indispensable au “scenario” duprojet, en insistant eventuellement sur les aspects savoir-faire et savoir-etre.

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– Aspects organisationnels et materiels de chaque phase ; securite ;– Reflexion precise sur les consignes pour chaque phase ;– Place et role des ecrits (R.I., previsionnel, notes d’experimentation ou

d’observation, syntheses. . .) ;– Reactions possibles attendues des enfants et remediations prevues. . .

– Lien avec la seance suivante : adaptations prevues en fonction de l’avan-cement et du “succes” du travail.

Dans le cahier journal, une place doit-etre devolue a l’analyse de la seanceeffectuee et aux remediations a mettre en œuvre lors des seances suivantes.

References

[1] Ministere de l’Education Nationale. Horaires et programmes de l’ecoleprimaire. Bulletin Officiel, (HS no 1), Fevrier 2002.

[2] Ministere de l’Education Nationale. Qu’apprend-on a l’ecole maternelle ? -Les nouveaux programmes. CNDP - XO Editions, 2002.

[3] Ministere de l’Education Nationale. Qu’apprend-on a l’ecole elementaire ?- Les nouveaux programmes. CNDP - XO Editions, 2002.

[4] Ministere de l’Education Nationale. Sciences et technologie c3. In Docu-ments d’application des programmes. SCEREN CNDP, 2002.

[5] Ministere de l’Education Nationale. Fiches connaissances cycles 2 et 3. InDocuments d’application des programmes. SCEREN CNDP, 2002.

[6] Ministere de l’Education Nationale. Outils pour la mise en oeuvre desprogrammes 2002 cycles 1 et 2. In Documents d’accompagnement des pro-grammes - Enseigner les sciences a l’ecole. SCEREN CNDP, 2002.

[7] Ministere de l’Education Nationale. Outils pour la mise en oeuvre desprogrammes 2002 cycles 1 et 2. In Documents d’accompagnement des pro-grammes - Enseigner les sciences a l’ecole. SCEREN CNDP, 2003.

[8] Jean-Pierre Astolfi. Comment les enfants apprennent les sciences, chapterEcriture et graphismes en sciences, page 126. Pedagogie RETZ, 1998.

[9] Jean-Claude Fourneau Guy Faucon. Faire des sciences a l’ecole - cahierno 2 - Flotte ou coule. CRDP des Pays de la Loire, 2000.

[10] Jean-Claude Fourneau Guy Faucon. Faire des sciences a l’ecole - cahierno 3 - L’eau - L’environnement. CRDP des Pays de la Loire, 2000.

[11] Jean-Claude Fourneau Guy Faucon. Faire des sciences a l’ecole - cahierno 5 - Autour des liquides. CRDP des Pays de la Loire, 2000.

[12] Jean-Claude Fourneau Guy Faucon. Faire des sciences a l’ecole - cahierno 6 - Transmission et transformation du mouvement - La grue, l’equilibre.CRDP des Pays de la Loire, 2000.

[13] Helene Merle. Comment aider a modeliser “le ciel et la terre”. In ASTER- Les sciences de 2 a 10 ans, number 31. INRP, 2000.

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[14] Jean-Michel Rolando. L’astronomie - la Terre et les Astres. CDDP deHaute-Savoie, 1993.

[15] Gilles Brillon. J’observe le ciel. Delagrave, 1994.

[16] Andre GIORDAN Maryline COQUIDE-CANTOR. L’enseignement scien-tifique a l’ecole maternelle. Delagrave Pedagogie et formation, 2002.

[17] Viviane Michel Denise Chauvel. Les sciences des la maternelle - Moyenneet grande section CP. RETZ, 1990.

[18] Marie-Therese Chastagnol Monique Saint-Georges. Ombres et lumieres.CRDP du Limousin, 1999.

[19] Arlette L’HARIDON. Enseigner la technologie au cycle 2. Nathanpedagogie, 2002.

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