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Les archéologues du futur Une activité pour réfléchir au rapport entre forme, structure, mécanisme et fonction

Introduction Comment mettre en place l’activité ?

En pratique: objectifs, durée, matériel, rôle de l’enseignant Déroulement Pour aller plus loin

Qu’apprend-on sur la nature de la science ? Fiches pour l’enseignant et les élèves : Le musée des objets retrouvés A partir du cycle 3

Par Elena Pasquinelli, Gabrielle Zimmermann, Elodie Gréa, Katia Allégraud, Claire Calmet, Fondation La main à la pâte Relecture : Anne Bernard-Delorme, Fondation La main à la pâte

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Introduction

Il arrive que les scientifiques mettent en évidence une structure (une mâchoire animale en

paléontologie, une molécule en biologie, un silex taillé en archéologie) : la description de cette

structure les amène à s’interroger sur la fonction au sens large de cet objet. Il peut arriver l’inverse : à

partir d’une fonction, il s’agit d’arriver pas à pas à une hypothèse de structure avant de pouvoir mettre

en évidence la structure. Nombre d’objets de notre époque et d’époques anciennes ont des

mécanismes cachés ou plus généralement une signification cachée. Les ingénieurs utilisent cette

procédure pour remonter à la fonction originale des objets, pour les reproduire, les améliorer, pour

mieux les comprendre, à de fins d’innovation. Il s’agit du parcours inverse de celui de l’ingénierie qui

exploite la connaissance des mécanismes pour concevoir et fabriquer un objet technique nouveau.

L’activité proposée ici met les élèves au défi de trouver une (ou des) fonction à un objet mystérieux.

L’idée est de les transporter en 4014, lorsque des fouilles archéologiques mettent au jour des

objets qui pour les hommes de 4014 sont mystérieux au sens où leur origine, leur fonction et leur rôle

sont inconnues.

L’activité est principalement une activité de réflexion. L’enseignant guidera les enfants dans leur

réflexion et la discussion autour des différentes propositions. Il les amènera à considérer comment, en

observant la forme, la structure d’un objet, on peut en tirer des supputations sur son fonctionnement et

sur ses fonctions.

Les enfants pourront s’inspirer de cette activité pour regarder, d’un œil nouveau, les objets qui les

entourent et se poser des questions sur les « mécanismes cachés » derrière leur apparence, ainsi

que sur la manière d’inventer de nouveaux objets.

L’activité peut aussi être utilisée pour introduire des activités artistiques, de design d’objets et de

détournement d’objets. Un objet peut en effet être détourné de son utilisation originale, sa structure

peut répondre à plusieurs fonctions. Ceci permet de réfléchir à la notion de design et de fonction dans

le cadre des artefacts humains.

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Comment mettre en place l’activité ?

Objectifs

ü Développer chez les élèves une meilleure approche et une meilleure compréhension de la

démarche scientifique et de concepts scientifiques, notamment ici en relation avec

o l’inférence, à partir de données d’observation, de la fonction et mécanismes de

fonctionnement d’un objet

o ce qui lie science et ingénierie, la connaissance et le design d’artefacts, technologies,

nouveaux objets.

ü Faire réfléchir à la relation entre

o forme (apparence externe)

o structure (externe et interne) d’un objet

o mécanisme ou ses mécanismes de fonctionnement (comment les différentes pièces

de l’objet sont assemblées et permettent d’achever un certain résultat)

o fonction ou fonctions (ce pourquoi l’objet est utilisé, ce qu’il permet de faire, les

problèmes qu’il permet de résoudre).

ü Exercer les élèves à

o appuyer leurs interprétations sur des données d’observation et sur leurs

connaissances préalables, les faire réfléchir à l’articulation entre les deux

o formuler des hypothèses, et réfléchir à comment elles s’articulent avec nouvelles

données et les connaissances préalables.

ü Faire réfléchir à la notion de design et à celle de détournement d’un objet pour des fonctions

imprévues, à celle de hasard, à celle d’adaptation.

ü Développer les capacités d’argumentation raisonnée et fondée sur les faits.

ü Favoriser l’esprit de coopération autour d’un but commun de connaissance.

Durée et moment de l’année

ü 1 séance de la durée d’environ 1h00-1h30

ü A n’importe quel moment de l’année, lorsque l’enseignant pense utile d’introduire une

réflexion explicite, verbalisée, autour de la notion de fonction et de structure (par exemple

avant de réaliser des activités sur le corps humain, le squelette, les organes ; ou avant de

réaliser des activités en biologie, notamment autour de l’évolution de la structure des

organismes vivants).

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Matériel

ü On utilise pour cette activité des images d’objets « retrouvés » (voir les FICHES à la fin du

document : Le musée des objets retrouvés).

o Nous suggérons certains objets, l’enseignant peut avoir d’autres idées. Il importe

quu’il y ait des objets qu’aucun enfant ne connait.

o Un choix large devrait garantir qu’au moins un objet soit inconnu de tous les enfants.

Rôle de l’enseignant

Il est maintenant connu que l’enfant d’âge scolaire possède des capacités naturelles d’exploration et

de raisonnement, mais qu’elles sont limitées et mises à mal par des situations compliquées ; elles

sont de plus très variables d’un enfant à l’autre et d’une situation à une autre. Par ailleurs, les

connaissances des enfants concernant la science professionnelle, par exemple la manière dont les

scientifiques et ingénieurs conçoivent leurs expériences, inventent et réalisent de nouveaux objets

sont le plus souvent très limitées. L’enseignant permet à ces compétences et à ces connaissances de

progresser. Sa position est, à la fois, d’accompagner et de soutenir mais aussi de corriger, de guider,

de faire réfléchir, de faire exprimer par oral et par écrit.

ü L’enseignant guide la démarche, anime et guide la discussion, commente les observations et

les interprétations des uns et des autres.

o Notamment, il leur donne des indications sur ce que cela veut dire observer, leur

permet de prendre conscience qu’un regard rapide ne leur apporte rien, alors

qu’une observation longue et une description détaillée peut être fructueuse. Il

suggère d’observer la forme de chercher à imaginer la structure interne, les

mécanismes de fonctionnement qui lui permettraient d’accomplir une fonction,

de les distinguer des détails, du décor.

o Il discute avec les enfants des avantages de dessiner, représenter l’objet. Ceci

comporte une observation attentive et peut être utile pour mieux se rendre compte de la structure de l’objet, des parties qui le composent.

o Il note les concepts qui émergent et les met en relation avec la science et ses

procédés.

o Il invite à ne pas s’arrêter sur l’objet en question, à considérer que les mêmes

procédés utilisés en classe s’appliquent à tous les objets qui entourent l’enfant, que

les procédés de la science ont donc une signification et un rôle à jouer dans la vie de

tous les jours.

ü L’enseignant facilite le travail en groupe : il passe entre les groupes, s’arrête avec chacun

pour s’assurer que tous les enfants participent à la discussion ; éventuellement désigne dans

chaque groupe un enfant chargé d’écrire la description, un enfant chargé du dessin, un enfant

chargé de rapporter les résultats de la discussion à la classe entière, un enfant chargé du

matériel.

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Comment mettre en place l’activité ? Une proposition de déroulé

Déroulement

ü Proposition de SCÉNARIO de l’activité.

o Nous sommes en 4014. Nos ancêtres, comme nous, ont produit des objets, des

artefacts, des ustensiles, des décorations, des objets d’art, des écrits, des

enregistrements visuels et sonores. Hélas, beaucoup d’entre eux sont allés perdus :

nous ne pouvons compter que sur peu d’objets pour reconstruire le passé,

comprendre ce qui était leur vie.

o Les fouilles archéologiques ont mis au jour un certain nombre

d’objets « mystérieux », dont on ne sait encore expliquer l’origine, la fonction, le

fonctionnement.

o Les enfants vont être des archéologues du futur : ils chercheront à reconstruire le

passé à partir des objets retrouvés.

o Notamment, ils ont été chargés d’étudier un objet pour chercher à comprendre

comment leurs ancêtres l’utilisaient et dans quel but.

ü Les enfants observent le petit catalogue d’objets retrouvés (Fiches). Un seul objet est choisi -

celui qui leur paraît particulièrement mystérieux -, pour en élucider fonctionnement et fonction.

ü Divisés en petits groupes (2-4 élèves) ou en grand groupe, ils reçoivent l’image de l’objet et

l’instruction suivante : Décrivez le plus précisément possible l’objet de l’image, discutez entre

vous, dessinez-le. Au préalable l’enseignant discute la marche à suivre pour observer et

décrire un objet, les questions à se poser :

o Quelle est la taille de l’objet ?

o Sa matière ou ses matières ?

o Combien de parties ? Comment sont-elles reparties, enchainées ?

o Y a-t-il des parties mobiles ?

o Est-ce un contenant ? Peut-il y avoir du contenu à l’intérieur ?

o …

§ (10 minutes)

ü Les descriptions et dessins sont partagés avec le reste de la classe. Dans la discussion

l’enseignant revient notamment sur la démarche d’observation et de description de l’objet, sur

ce qui permet d’en inférer mécanismes et fonctions.

§ (10 minutes)

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ü Encore en petits groupes, les enfants cherchent à répondre aux questions concernant le

fonctionnement et l’usage de l’objet retrouvé

o Comment l’objet retrouvé fonctionne ?

o A quoi l’objet retrouvé sert-il ?

§ (15 minutes)

ü En grand groupe, l’enseignant guide une discussion en classe autour des différentes

propositions, et fait réfléchir à comment en observant la forme, la structure d’un objet on peut

en tirer des considérations sur son fonctionnement et sur ses fonctions.

o L’enseignant peut aussi faire réfléchir les enfants au fait qu’un objet peut être

détourné de son utilisation originale, que sa structure peut répondre à plusieurs

fonctions. Aussi, aux contraintes qui existent dans la fabrication d’un objet, dans

l’invention de nouveaux artefacts, dans l’innovation.

§ (15 minutes)

Note : L’enseignant pourra construire son propre scénario, enrichir celui proposé, le personnaliser

avec des éléments ultérieurs.

Adaptations pour des enfants en difficulté dans l’activité

ü L’activité se déroule à la fois en petits groupes et en grand groupe, chacun devrait donc être

capable d’y participer selon ses capacités. Le fait que la phase d’écriture et de dessin se

passe en petit groupe permet de distribuer les différentes tâches de manière à ne pas mettre

en difficulté les enfants qui présenteraient des troubles de la lecture, écriture, motricité fine.

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Pour aller plus loin

ü Travailler autour de livres

o David Macaulay. La civilisation perdue. Naissance d’une archéologie. L’école des loisirs, 1981

o David Macaulay. Comment ça marche. Larousse, 1991

ü Réaliser une exposition d’objets retrouvés, sur ce modèle :

o AC Besançon. Exposition Futur antérieur : Trésors archéologiques du 21ème siècle. http://www.ac-besancon.fr/spip.php?article2007

o expo Archéologie du futur http://www.lesabattoirs.org/pdf/dossiers/dossier_1407_Archeologie_du_futur.pdf

ü Travailler sur le design d’objets, leur détournement, l’innovation

o Un projet de la ville de Dublin (en anglais), qui a amené à la production d’une vidéo (sans paroles) qui montre comment le design des objets, leur forme, onflue sur notre vie. Le projet propose des activités pour faire et pour réfléchir.

§ http://www.makeshapechange.com § http://www.makeshapechange.com/think-design § http://vimeo.com/90208216

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Qu’apprend-on sur la nature de la science ?

ü La structure d’un objet façonné par l’homme - d’un artefact -, sa forme, structure, la matière

qui le compose, constituent des indices quant à ses fonctions et à ses usages.

o En archéologie, les chercheurs se trouvent face à des artefacts fabriqués par hommes

et femmes du passé. Comment nos ancêtres les ont-ils utilisés et dans quel but ?

Comment les manipulaient-ils ? Pourquoi cette forme particulière et pas une autre ?

Observations et inférences sont deux aspects d’un processus d’interprétation qui est

mis en marche chaque fois que nous nos intéressons à ce qui se passe autour de

nous. On observe quelque chose, on le décrit ; on fait des inférences, on l’interprète.

ü Cette démarche peut s’appliquer à des objets technologiques et à des instruments

scientifiques. Ceci est en effet le cas, récent, du CERN de Genève. . Par exemple, le CERN à

Genève, ayant numérisé ses archives d’images a trouvé plusieurs images sans titre, sans

échelle de taille, sans aucune indication sur l’objet photographié. De quel instrument, ou partie

d’instrument, s’agissait-il ? Comment était-il employé, quel était son fonctionnement ? Le

CERN a fait appel à tous ceux qui pourraient les aider à identifier ces objets et leur function.

o http://cds.cern.ch/journal/CERNBulletin/2014/43/News%20Articles/1955523?ln=e

ü Passer d’une forme à une structure, puis à une fonction est aussi une démarche fréquemment

utilisée par les paléontologues et les biologistes qui s’intéressent à l’évolution.

o Les organismes vivants peuvent être étudiés à partir de leur forme et structure ; d’ici

on peut s’interroger sur les fonctions des parties analysées.

ü En ingénierie, on peut utiliser ce processus, dit rétroingénierie ou ingénierie inverse, pour

remonter d’un produit aux mécanismes de son fonctionnement, aux processus de sa

fabrication. La rétroingénierie permet de mieux comprendre le fonctionnement d’un certain

objet, de s’en inspirer pour en créer un nouvel artefact qui s’en inspire.

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Note sur la retroingénierie en biologie évolutionniste :

o Suite à un double processus de hasard et de sélection, les différentes structures des

organismes naturels que nous pouvons observer se sont révélées remplir des

fonctions qui ont augmenté la capacité de survie et de reproduction des organismes

qui les portaient, dans un certain environnement donné. Les gènes à la base de ces

structures ont donc été transmis de manière plus importante que d’autres ; les

générations successives se sont trouvées dotées de ces structures, du coup de ces

fonctions. Et le processus de modification de ces mêmes structures peut se

poursuivre. Dans certains cas, une structure ayant permis à l’organisme d’accomplir

un certain type de fonction se révèle capable d’accomplir d’autres fonctions, et ces

fonctions à leur tour augmentent ultérieurement les chances de survie et de

reproduction de l’organisme. Les plumes des oiseaux, outre à jouer un rôle clé dans

la capacité de voler, ont aussi un rôle dans le maintien de la température. Cette

fonction a probablement précédé celle de faciliter le vol. Les plumes qui ont tenu

chaud aux ancêtres des oiseaux actuels se sont modifiées dans le temps, se sont

révélées être un atout pour courir plus vite, leurs modifications ultérieures en ont fait

des atouts pour le vol.

o En biologie évolutionniste on peut parler de exaptation ou de co-optation pour décrire

le phénomène selon lequel une structure change de fonction ou assume une nouvelle

fonction et ensuite endure ou n’endure pas un processus d’évolution dans la direction

de cette nouvelle fonction. Au fond, on pourrait dire que toute adaptation est à

l’origine une exaptation, car aucune structure n’est « pensée » pour répondre à une

certaine fonction. Justement, derrière l’évolution et la forme des organismes vivants, il

n’y a pas du vrai design. On peut, cependant, utiliser l’idée de design comme un outil

conceptuel.

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