Des "machines" pour 
transmettre le mouvement
L'enfant à la fois constructeur, inventeur et apprenant

Michel Maubert a invité ses élèves de CM1-CM2 à participer à une Expo-sciences (1), il introduit l’évènement dans sa classe:
"... il faut que l'on invente des "machines" qui bougent, qui montrent le mouvement, qui s'entraînent...", la course aux mots et aux idées était lancée, véritable brainstorming spontané :
"ça bouge", "ça tourne", "ça se déplace", "ça entraîne", "comme des engrenages ?"...
Les idées, nous le verrons dans la première partie de ce dossier, émergeront d'abord sous l'aspect graphique : des dessins pour représenter ses conceptions premières.
Ainsi, en introduisant ce thème dans sa classe où est intallé en permanence un "atelier de bricolage" avec des matériaux, de vrais outils (marteaux, tenailles, tournevis, scies... machines : scie sauteuse, perçeuse...) et fiches - guides (le fichier FTC produit par PEMF), Michel Maubert a-t-il permis aux enfants de cours moyen (C.M.1 et C.M.2) d'exercer ces fonctions humaines importantes qui sont : 
imaginer - construire - chercher - inventer - créer ... et simultanément apprendre.

Sommaire 
1. Un inventaire des productions :
	1.1 Place à l'imagination ou l'émergence des conceptions
	1.2 Des machines réalisées et présentées à l'exposition
	 1.3 Quelques réflexions sur l'organisation et le fonctionnement de cet atelier
 2. "Gros plan" sur l'ascenseur à eau
	2.1 Les diverses phases de la réalisation ou la transformation des conceptions
	2.2 Le processus du tâtonnement expérimental
	2.3 Une conceptualisation plus naturelle
3. A travers et au -delà du "bricolage"... quels apprentissages ?
	3.1 Y a-t-il nécessité d'une exploitation didactique systématique ?
	3.2 Mais alors, qu'apprennent - ils ? 
4. Et pour conclure...

1.Un inventaire des productions

1.1 Place à l'imagination ou l'émergence des conceptions

Comme cela vient d'être évoqué, l'introduction de l'évènement a donné lieu à une première séance durant laquelle chaque enfant a pu donner libre cours à son imagination en dessinant des "machines qui transmettent le mouvement". Précisons que ce sont essentiellement les enfants du C.M.1 (10 ans) qui ont travaillé sur ce thème. 

Les nombreux dessins produits spontanément - tous ne sont pas présentés ici - nous révèlent leurs "conceptions initiales" ou "représentations mentales" qui s'expriment à partir de leurs savoirs privés et de leur faculté à inventer : c'est-à-dire associer, transformer des idées.

Durant cette séance, naturellement, les enfants parlent en dessinant et jettent un regard sur ce que font les voisins, ce qui inspire parfois certains qui n'ont pas d'idée, d'où l'imitation de celles des autres apparente dans l'exemple des muscles (dessins 2, 4, 8) ou encore celui de la machine à laver (dessins 3, 4). Cependant, d'autres productions présentent une originalité marquante ou correspondent bien à une personnalisation.

1) Le mouvement perpétuel : dessin d’Alix C.
Ce système permet de créer un mouvement de va et vient, un mouvement alternatif. Un poids accroché se détache, tombe sur la balance qui projette l'autre poids qui s'accroche puis se décroche, tombe sur la balance qui renvoie le premier poids, etc...
Ce dessin n'a pas été exploité parce que nous n'avons pas réussi à résoudre le problème d'accrochage et de décrochage des poids.

2) Les muscles commandés par le cerveau: Arthur B.
Le cerveau par l'intermédiaire des nerfs commande les muscles des bras pour étirer l'élastique.

3) Les dessins d’Anna.
Anna produit beaucoup de dessins (elle aime dessiner)
1.Un essai de courroie qui entraîne deux roues : (1). Le maître est intervenu pour faire préciser le dessin de la courroie (2), nouveau dessin d'Anna (3) 
2.La machine à laver : le premier dessin montre par le hublot le linge qui tourne entraîné par le tambour ; dans le deuxième elle a utilisé le système de courroie pour montrer l'entraînement du tambour.
3.Le métronome (Anna suit des cours dans une école de musique).
4.La balance 
5.Le tractopelle
6. Le sablier

4) Les dessins de Camille L.
Camille a imité les dessins de ses camarades ; on retrouve la machine à laver, les deux poulies avec la courroie, la balance, les muscles. Elle a proposé le yoyo.

5) Le plan incliné avec la bille qui roule de Jérémy H.
La bille roule sur le plan incliné. Jérémy n'a pas trouvé de système pour faire basculer le plan incliné d'un côté et de l'autre.

6) Les roues de la locomotive à vapeur (Benjamin M)
Dans le premier dessin, Benjamin n'a pas réussi à représenter le système bielle/manivelle. Le maître intervient et Benjamin refait un autre dessin.

7) La machine de Aymeric M.
Le papa d'Aymeric est mécanicien sur engin de terrassement.
Le dessin représente un engin qui creuse et qui est actionné à l'aide d'un pédalier comme la bicyclette.

8) Les dessins de Clémence L.
Le thermomètre
Le réveil avec un mécanisme à ressorts
La voiture avec son moteur à explosion
Les muscles des bras

9) Les dessins de Florence L.
Cette machine permet de faire circuler des objets dans un récipient rempli d'eau. Un ventilateur crée le courant d'eau qui sort par le haut et revient par le bas.

10) Bateau à hélice d’Etienne C
Le dessin n'est pas précis, il n'évoque pas de machine. Cependant une idée fondamentale est née: la roue munie de pointes sur le cercle. Cette idée fera son chemin et on va retrouver cette roue dans beaucoup d'autres  machines.

1.2. Des machines réalisées et présentées à l'Expo - Sciences

On peut distinguer trois modalités dans la réalisation de ces "machines qui transmettent le mouvement" :
- les constructions totalement libres, sans intervention adulte,      
- les constructions guidées par une fiche - guide choisie par les enfants dans un fichier,
- les constructions libres qui ont nécessité des interventions directes, souvent orales, du maître.
Mais donnons la parole aux enfants qui ont commenté eux-mêmes, oralement, dès leur présentation aux autres en classe et par écrit pour le stand de l'expo-sciences, leurs réalisations : 
objectifs - observations - difficultés - perspectives ...

Constructions libres

Le ventilateur (photo 1)
Machine construite librement avec une boîte technique comprenant des plaques supports , des roues dentées, des axes, des roues pour courroies.
"La vitesse du ventilateur est rapide parce que l'axe de la manivelle porte une grande roue qui entraîne une petite (1 tour pour 3). Cette petite roue est sur le même axe qu'une grande qui entraîne une petite par le système d'une courroie (1 tour pour 3). Finalement quand la manivelle fait 1 tour le ventilateur en fait 9". (Vincent A. et Camille L.)

Le manège (dessin 11)
Il a été construit en atelier Animation CM / Maternelle (2) uniquement avec du matériel de récupération. Un disque en carton (le manège) est collé sur une petite boîte ronde qui est reliée à la manivelle (une autre boîte ronde plus grande) par une courroie (un ruban de tissu).
Les deux axes sont fixés par une planche support.

Le bateau à aubes (photo 2)
"Il fonctionne avec un élastique et fait tourner une planche. Pour que le bateau avance il faut faire tourner la planche autour de l'élastique qui se torsade, puis lâcher la planche qui tourne. Quand le bateau est hors de l'eau, la planche tourne trés vite, quand il est dans l'eau elle tourne moins vite." (Laetitia M. et Mélanie F.)

La grue électro magnétique (photo 3)
"Dans la classe nous avions déjà fabriqué des électro-aimants.
Quand on branche la pile l'électro-aimant attire les clous qui sont dans la boîte . On peut les déplacer avec le bras de la grue et en débranchant la pile ils tombent dans une autre boîte."
(Vincent P. et Jérémy H.)

Le ventilateur - Manège - Moulin (photo 4 - en une de couverture)
"Cette machine a pour origine la fabrication d'une roue de moulin que l'on devait faire tourner avec un courant d'eau. Mais comment installer le système pour l'exposition ? Il fallait un tuyau, une arrivée d'eau et un écoulement !" 
Les enfants ont donc imaginé un système pour faire tourner cette roue en utilisant une autre roue munie d'une poignée. "Ces roues s'entraînent à l'aide de pointes fixées sur la circonférence".
Puis ils ont installé une troisième roue. La fabrication s'est faite par tâtonnement, sans plan.
Il a fallu faire de nombreux essais pour fixer les plans supports et aussi trouver le bon emplacement des axes. "Pour fixer les roues au moulin et entre elles, il faut faire des essais pour trouver le bon emplacement des axes. Les roues doivent s'entraîner sans bloquer ni forcer."                       
  (Boris G, Aymeric M, Etienne C.)

Constructions libres avec "la part du maître"

L'ascenseur à eau  (voir "Gros plan" dans partie suivante)
La centrale électrique (photo 5)
Une classe correspondante nous a fait parvenir un système pour produire de l'électricité et allumer une ampoule : une dynamo de bicyclette fixée sur une roue à aube. Une petite ampoule électrique est branchée sur la dynamo. Il faut tenir la roue à aube sous le robinet d'eau ouvert pour la faire tourner. Nous n'avons pas réussi à produire de l'électricité. La roue à aube était mal fixée sur la molette de la dynamo. Les enfants comprennent très vite que la dynamo ne tourne pas assez vite.
Je leur ai demandé d'imaginer une machine qui ferait tourner la dynamo suffisamment vite pour produire de l'électricité. Ils ont pensé immédiatement à la roue de la bicyclette  mais je leur ai demandé aussi de construire une machine sans les éléments de la bicyclette. J'ai apporté les moyens techniques pour réaliser cette machine. (matériaux divers, colle, vis, outils).
La fabrication a duré une quinzaine de jours avec chaque jour une discussion entre les enfants de la classe entière. Certaines idées émises ont été parfois expérimentées par les concepteurs de la machine, d'autres abandonnées ou simplement conservées. (photo 5.2)

L'avion (photo 6)
Utilisation d'un moteur électrique et d'éléments de la boîte technique (supports, axes, roues)
Les ailes sont en carton, l'hélice aussi mais l'avion n'avançait pas. J'ai donc invité les enfants à chercher des renseignements sur l'hélice (sa forme, son fonctionnement) et je les ai aidés à en fabriquer une en tôle.
Observation : Le hasard du branchement du moteur à la pile a fait que l'on a constaté que l'hélice tournait soit dans un sens, soit dans le sens inverse et que l'avion avançait ou reculait.

Constructions avec des fiches – guides

Certains enfants n'ayant pas d'idées pour construire une machine ont cherché dans le fichier de Travaux Manuels, des engins ou des dispositifs créant le mouvement. Ils ont découvert entre autres :

Le Thaumatrope (photo 7 )
 "En suivant une fiche explicative, nous avons construit cet appareil avec une planche de 20 x 40 cm sur  laquelle nous avons fixé une potence. Puis sur un disque en carton nous avons dessiné un oiseau sur une face et une cage sur l'autre. Il faut prendre garde à ce que l'oiseau puisse tenir dans la cage!
Nous avons fixé ce disque à la potence et la planche à l'aide d'élastiques. Il suffira de tourner le disque pour torsader l'élastique puis de lâcher et voir apparaître l'oiseau dans la cage sur le disque qui tourne vite."  (Jeanne C. et Lisa D.)

Le piston (photo 8)
"La came qui a la forme d'un oeuf crée un mouvement de va et vient et actionne le piston dans le cylindre. Pour le fabriquer nous avons pris de la ficelle, du bois, des vis , un cylindre en carton, une grande plaque de bois pour le support."  (Arthur B., Erik B., Vincent A.)

Le dessin animé (photos 9)
"J'ai voulu montrer le mouvement de la danseuse en me servant d'une grande bande de papier pliée en deux. J'ai reproduit le dessin de la danseuse avec la photocopieuse et j'ai modifié sur l'un l'attitude de la danseuse. Quand on déroule et enroule le premier dessin on a l'image animée de la danseuse." (Marlène R) 

1.3. Quelques réflexions sur l'organisation et le fonctionnement de cet atelier

Ces différents travaux ont amené les enfants à essayer de concrétiser des systèmes imaginés par dessins. Certains étaient réalisables, d'autres trop compliqués ou irréalisables.
Réaliser des montages nécessite la mise à la disposition des enfants, de nombreux matériaux divers mais aussi la recherche de matériaux en fonction des besoins (nous avons commandé une pièce métallique à un papa ferronnier. Il a fallu la dessiner, prendre des mesures et expliquer ce que nous voulions). Les enfants doivent avoir aussi, à leur disposition, de vrais outils pour scier, percer, coller visser , clouer...
Certains enfants ont plus d'aptitudes pour dessiner et d'autres pour construire. Il y a eu de nombreux échanges, des aides en fonction de ces aptitudes.(photo 10)
Nos appareils fonctionnent, ce qui est essentiel, ils permettent aussi d'effectuer des mesures en faisant varier certains paramètres : pour l'ascenseur, la hauteur de la bouteille, la longueur des bras de levier... par exemple, mais le temps a manqué pour en prolonger l'exploitation qui peut être reportée à la rentrée si l'intérêt renaît au C.M.2.

2. "Gros plan" sur l'ascenseur à eau

2.1. Les diverses phases de la réalisation ou la transformation des conceptions

2.1.1. Une idée géniale ! Le mouvement créé par l'eau.
L'origine du projet apparaît dans le premier dessin de Florence lors de la première séance déjà décrite précédemment (dessin 12). Florence a dessiné un objet (une carotte ! ) dans un tube avec de l'eau. L'objet flotte.
Elle nous a expliqué : "Quand on met de l'eau dans le tube l'objet monte. Quand on vide l'eau l'objet descend."(dessin 12)

2.1.2. Une attitude coopérative au départ
Anna qui n'a pas de projet, s'est associée à Florence pour réaliser la machine et déjà les échanges de savoirs, d'idées, la complémentarité des aptitudes, des compétences se sont manifestés.
1ère étape : Elles ont pris une bouteille en plastique ( idée pratique d'Anna) avec de l'eau et un bouchon en liège qui flotte. En ajoutant de l'eau ou en la vidant, la position de l'objet varie : il y a eu mouvement. Leur première expérience s'arrêtait - là.

2.1.3. Les étapes de la construction ou vers une "conception plus opératoire" (3)
A ce moment - là, Michel, leur enseignant,  a senti qu'elles pouvaient aller plus loin. Par des questions élucidantes, des informations adaptées, il leur a permis de franchir le pas, d'aller plus loin, d'apprendre encore (La zone proximale de développement de Vygotsky !)

2ème étape : Je leur ai demandé de trouver une solution pour remplir et vider l'eau . Je leur ai proposé aussi de relier le bouchon à un système extérieur qu'il animerait.
3ème étape : Elles ont relié le bouchon par un fil à un balancier (une planchette de bois perforée en "son milieu" où passe un axe : une pointe). Elles ont recherché l'équilibre comme avec une balance.
4ème étape : Quand on a introduit de l'eau dans la bouteille, le bouchon flottait, il remontait et l'autre bras du balancier descendait. Quand on vidait la bouteille le bouchon descendait mais dès qu'on atteignait l'équilibre horizontal, il ne descendait plus. Quel était l'obstacle ?
5ème étape : Elles ne pouvaient découvrir la raison, je leur ai dit : "pour que le bouchon reste toujours à la surface de l'eau il ne faut pas que le balancier soit équilibré". Elles ont lesté le bouchon avec des morceaux de scotch.
Ça marchait !
6 ème étape : Il a fallu ensuite trouver un système plus pratique pour vider l'eau.
Les enfants proposaient de faire un trou au fond de la bouteille et de mettre un tuyau avec un robinet.
J'ai dû intervenir pour indiquer que l'idée était bonne mais nous risquions d'avoir des problèmes de fuite. Je leur ai proposé alors un système qui permet de faire le remplissage et la vidange à la fois.
A l'aide d'un tuyau et d'une deuxième bouteille, j'ai fait la démonstration du siphon qui leur a évoqué celui des vignerons qu'elles connaissent. Après l'installation d'une seconde bouteille, il leur a suffi de monter ou descendre cette deuxième bouteille pour créer le mouvement de l'ascenseur. (Photo 11)
7ème étape : Pour présenter la machine à l'Expo - Sciences, j'ai demandé de faire une décoration. Les enfants ont dessiné un immeuble avec des fenêtres. Mais l'ascenseur passait devant certaines fenêtres; alors, elles ont dessiné son chemin en suivant la cage avec la pointe d'un crayon. Nous avons collé, par la suite, sur le dessin de l'immeuble, une feuille de papier de couleur symbolisant le trajet.
Le trajet n'était pas vertical mais courbe ! Comment le rendre vertical ? Le problème est resté en suspens...

2.1.4.Des échanges de savoirs à propos du problème de la trajectoire.
Nous avons amené notre montage à Expo-Sciences et des élèves visiteurs  nous ont proposé des solutions :
Guillaume (collégien de 6ème) a proposé d'installer une poulie (dessin 13)
Deux lycéennes de 2nd ont proposé l'installation de 2 poulies (dessin 14)
Ces deux systèmes restent à expérimenter.

2.2. Le processus du tâtonnement expérimental

Ce mode naturel d'apprentissage s'exerce, à des degrés divers, dans les expériences personnelles des enfants telles que nous venons d'en voir. Cependant, à l'analyse, nous en reconnaissons les caractères invariants même au cours d'un déroulement partiel où  les phases successives ne sont pas toujours distinctes.
Pour le lecteur non averti par les publications diverses précédentes dans cette revue (4), il paraît utile d'en rappeler briévement  ici le fonctionnement afin de mieux saisir l'analyse  qui suit.
Ce mode d'apprentissage se fonde sur un processus de base que C. Freinet a nommé l'expérience tâtonnée. C'est par un processus plus long et plus complexe d'enchaînements, d'associations, de combinaisons rétroactives des expériences tâtonnées personnelles, désigné tâtonnement expérimental, que l'individu construit des savoirs, c'est-à-dire atteint un résultat  visé ou non, une "loi" : propriété ou règle de fonctionnement, qui peut se présenter sous la forme d'un savoir déclaratif ou d'un savoir procédural. 

Cette expérience tâtonnée, limitée, parfois très brève, se déroule en quatre phases :  
- la 1ère phase : émission d'hypothèse. La phase d'émission d'une ou plusieurs hypothèses "prometteuses" est parfois inconsciente, inapparente car non formulée. Cependant, enclenchée par l'action, elle s'élabore sous la forme d'une anticipation du résultat qui en sera la conséquence. Ces hypothèses émergent et s'expriment, avec l'habitude, par le geste, le dessin ou verbalement, lorsque l'enfant dit : "Je veux faire...J'ai une idée... C'est une machine pour..." 
- la 2ème phase : action - essai. Lorsqu'une hypothèse est émise, même implicitement, elle est testée immédiatement par l'enfant, c'est-à-dire soumise à l'action pour en voir l'effet : c'est la vérification.
- la 3ème phase : feed - back. Ce feed - back ou réponse reçue en retour apporte alors des informations : c'est la critique des faits ou des personnes. Positif ou négatif, il donne lieu, naturellement, à une évaluation par l'apprenant, évaluation qui peut être erronée, ce qui nécessitera alors une intervention extérieure pour l'aider à son analyse.
- la 4ème phase : rejet ou intégration de l'hypothèse.

Si l'effet cherché est obtenu, l'enfant conserve son hypothèse, l'intègre à sa structure cognitive par la répétition plus ou moins longue, immédiate puis différée et par réinvestissements ou transferts dans d'autres situations.
Si l'effet cherché n'est pas obtenu, l'enfant rejette son hypothèse, deux cas sont alors possibles :
- ou bien il abandonne momentanément son expérience et sa structure cognitive est conservée,
- ou bien il modifie sa première hypothèse ( h1), créant une nouvelle hypothèse (h2) qui donnera lieu à un nouvel essai et à la succession des mêmes phases de manière cyclique.

Si nous analysons le déroulement de ce processus dans la création de l'ascenseur à eau, vécu par Florence et Anna, nous identifions certaines étapes et l'enchaînement des expériences tâtonnées successives.(Encart 2)

Dans la première, l'hypothèse imaginée est : un bouchon de liège qui flotte monte ou descend dans une bouteille en ajoutant ou en vidant de l'eau. Vérification faite, le résultat attendu est produit, le feed - back positif, ce savoir est intégré. L'expérience réussie s'arrête là.

A ce moment, le questionnement du maître a provoqué la seconde expérience tâtonnée : "Pouvez - vous relier le bouchon à un système extérieur qui bougera ?"

Une nouvelle hypothèse naît alors de l'échange d'idées  qui suit. Florence et Anna imaginent seules, totalement, le dispositif : le bouchon relié à une extrémité d'un levier qui supporte à l'autre extrémité une boîte. Le mouvement qu'elles imaginent alors évoque pour elles un ascenseur. Voilà donc l'hypothèse (h1) de cette seconde expérience tâtonnée qui commence (phase 1) :
le bouchon et la boîte reliés par un levier, le mouvement de l'un entraînant celui de l'autre (h1).
La phase 2 consiste alors à construire le dispositif et à l'expérimenter : essai / vérification.
En ajoutant de l'eau, le bouchon monte et la boîte descend, mais en vidant de l'eau, à un certain moment le système reste immobile : le feed - back est négatif. Elles ne comprennent pas la raison : elles ont, après des tâtonnements nombreux, équilibré le levier (boîte et bouchon).

Ici, la modification de l'hypothèse, nécessite l'intervention adulte pour expliquer "qu'il faut déséquilibrer le système bouchon / levier / boîte". L'hypothèse est ainsi modifiée : (h2) elles lestent légèrement le bouchon pour qu'il puisse descendre quand le niveau de l'eau baisse. Nous sommes dans la phase 4 et l'action de vérification, entreprise à nouveau (3ème expérience), confirme cette hypothèse (h2). Le dispositif fonctionne, la troisième expérience tâtonnée est terminée. Ces deux dernières expériences ont déjà apporté un savoir important sur les phénomènes d'équilibre d'un levier (axe central, masses égales ou différentes...) et sur les corps flottants (lestage possible...).

Une nouvelle expérience naît alors de la difficulté à remplir ou vidanger la bouteille. L'obstacle, insurmontable à cet âge, exige l'intervention du maître : c'est la part du didactique, le savoir introduit au moment sensible. Celui - ci n'est pas introduit par des explications abstraites mais au contraire par une démonstration pratique en référence au vécu des enfants : le grand - père de Florence utilise fréquemment un siphon (les vignerons locaux aussi).

Cette nouvelle expérience réussit, elle donne lieu à de multiples répétitions de tous motivées par l'effet spectaculaire : l'ascenseur monte et descend et un nouveau savoir sur le principe des vases communicants s'intègre dans la mémoire épisodique !

Cette brève analyse de quatre expériences tâtonnées successives nous révèle ce processus du tâtonnement expérimental dans ses phases identifiables (Encart 3), processus d'apprentissage au cours duquel ces enfants, par un itinéraire original, personnalisé, sont amenés à sécréter du savoir mais aussi à avoir recours à du savoir : la part du maître. Nous voyons bien, dans cette démarche, la place de celle - ci ; les enfants ne sont pas laissés à leur seul spontanéisme et leurs essais/erreurs, en particulier au moment de modifier des hypothèses, moment sensible pour apprendre. Nous ne sommes pas dans une forme de tâtonnement primaire par essais / erreurs au hasard mais dans un tâtonnement expérimental régulé.

Cette démarche laisse à l'apprenant beaucoup d'initiative, d'autonomie, ce qui crée une motivation interne puissante ou motivation intrinsèque, mais elle ménage aussi une guidance adaptée, souple, à bon escient : la part du maître. C'est cette interactivité permanente, subtilement dosée selon les enfants, selon les situations vécues, selon les moments, selon les contenus : les concepts visés, entre deux voies d'apprentissage, l'heuristique* et la didactique* (Encart 3) qui caractérise la pédagogie Freinet, centrée sur l'apprenant.

2.3. Une conceptualisation plus naturelle

2.3.1. Une ouverture sur des champs conceptuels

Comme dans toutes les situations authentiques, parce qu'elles sont en prise sur le réel, sur le concret, pour imaginer des solutions, résoudre des problèmes même très pratiques, les enfants apprennent non seulement des savoir-faire mais encore des savoirs scientifiques ou technologiques. De plus, ils mobilisent ceux qu'ils possèdent déjà en les réinvestissant dans d'autres circonstances.

Ces situations authentiques sont polyconceptuelles c'est-à-dire qu'elles ouvrent toujours plusieurs champs conceptuels à la fois. Il s'agit là de la complexité  qui peut embarrasser parfois l'enseignant mais qui présente aussi l'avantage d'offrir des pistes aux sensibilités, aux perceptions différentes des individus et faciliter le développement de la pensée divergente, trop absente de l'école.

Au cours des fabrications et des expérimentations qu'elles entraînent, nous avons, par ces premières approches concrètes sensibles, ouvert le champ de quelques grands concepts scientifiques : 
* la flottaison ( le bouchon flotte mais nous aurions pu mettre un objet non flottant puisque sa masse est compensée par le balancier). Nous reconnaissons là la théorie des corps flottants (poussée d'Archimède...immersion...) mais aussi des applications technologiques pratiques telles que certaines jauges...
* la vitesse (on s'est rendu compte, à force de manipuler, que si on lève la bouteille très haut l'eau se déplace plus vite et l'ascenseur est plus rapide)
* l'équilibre des forces : les bras de leviers (pour rechercher l'équilibre nous avons constaté qu'il n'est pas nécessaire d'avoir des bras de levier égaux).
* le principe des vases communicants : l'eau circule seule d'une bouteille à l'autre ; pour arrêter le mouvement il suffit de mettre les bouteilles au même niveau.
* la géométrie dans l'espace à propos des roues placées dans des plans différents et perpendiculaires (moulin - photo 4 en couverture)

2.3.2. Quel type de conceptualisation ?

A l'opposé d'une conception ancienne linéaire et par accumulation, de la construction des savoirs,  donc des concepts, il s'agit plutôt, dans cette démarche par approximations successives, dans un espace - temps de durée variable, d'une conception spiralaire.

Toutes les recherches de psychologie cognitive confirment aujourd'hui que les concepts ne se construisent pas seuls mais en réseaux, pas de façon continue mais par niveaux successifs, par interactions et rétroactions ou boucles de régulation.

Ainsi, la construction de cet ascenseur à eau  n'a pas apporté d'emblée des connaissances formelles ( propriétés, théorèmes ...) mais, à ce niveau initial, une connaissance globale, sensible, plutôt intuitive des phénomènes approchés. C'est pourquoi, ces prémices, cette première prise de possession, n'imposent pas nécessairement une exploitation. La construction spiralaire des concepts (Encart n° 3)  signifie que les enfants, dans d'autres situations, auront l'occasion de repasser dans le champ de ces concepts. Ils le feront, à ces moments - là, à un autre niveau d'élaboration, car interféreront d'autres concepts, d'autres savoirs et c'est cette succession des niveaux d'affinement que nous désignons : maturation conceptuelle. 

Nous voyons bien là une concordance évidente de ce type de conceptualisation avec la démarche du tâtonnement expérimental dans une élaboration progressive de ses savoirs par l'enfant.

3. A travers et au - delà du "bricolage"... quels apprentissages ?

"Comprendre, c'est inventer, ou reconstruire par réinvention..." J.Piaget (Où va l'éducation ? 1971)

3.1. Y a - t - il nécessité d'une exploitation didactique systématique ?

Michel M. avec ses enfants de dix ans s'y refuse assez  fortement, disant qu'au travers de ces activités, il ne vise pas l'acquisition formelle de connaissances pour retomber dans le travers des "centres d'intérêt", voire dans l'incompréhension, mais que son objectif c'est d' "ouvrir des boîtes" en mémoire* dans lesquelles se classeront plus tard, d'autres expériences et d'autres apports (au collège et ensuite), d'autres situations, d'autres informations enrichissantes, de plus en plus signifiantes et constitutives d'un concept.

En somme, c'est créer chez l'individu, une "sensibilité à" afin d'accentuer la "perméabilité" à l'entrée de l'information, donc développer l'acuité perceptive de chacun.

Ceci ne signifie pas qu'il ne puisse y avoir une exploitation guidée occasionnellement ; sa nature et son importance sont déterminées par le contexte et la nature même des concepts émergeant. Ainsi, dans ces constructions de machines, mentionnons ce qui aurait pu s'exploiter mais qui ne l'a pas été  pour diverses raisons (le moment de production, le manque de temps...) :
- faire des mesures de la vitesse de déplacement de l'ascenseur en fonction de la hauteur de la deuxième bouteille, 
- construire expérimentalement la courbe représentant la trajectoire de l'ascenseur,
- faire des calculs de proportionnalité à propos de la "centrale électrique" sachant que pour un tour de la roue d'entraînement la dynamo fait 29 tours...
- faire une expérimentation plus systématique de géomètrie dans l'espace : agencer des plans perpendiculaires, des intersections de plans... (à partir de la machine Photo n° 4)

* Cette mémoire épisodique, déjà évoquée, dite encore autobiographique stocke le savoir contextualisé : elle participe ensuite à l'élaboration de savoirs conceptuels c'est - à dire des connaissances en mémoire sémantique.

3.2. Mais alors, qu'apprennent - ils ?

3.2.1. Pour nous, «apprendre», c’est à la fois développer des aptitudes innées, acquérir des compétences et des connaissances mais aussi des attitudes, des conduites face aux contraintes de la vie.

Développer des aptitudes, c’est permettre à chacun d’user des formes d’intelligence majeures ou dominantes mais aussi de renforcer les formes mineures ou défaillantes. Nous faisons là allusion aux différentes formes d’intelligences définies par H. Gardner (5) dans sa «théorie des intelligences multiples». Et il est vrai que concevoir et construire des machines fait appel à cette multiplicité.

Acquérir des compétences, c’est développer «une habileté cognitive» à tout niveau d’action: habileté gestuelle dans l’usage de l’outil comme habileté à dessiner, à tracer, à schématiser, à symboliser... à mobiliser, au bon moment des savoirs stockés en mémoire.

Acquérir des connaissances, ce n’est pas seulement stocker des savoirs formels (ils dépendent aussi de l’âge de l’apprenant), c’est aussi «faire connaissance» avec des situations, des phénomènes ignorés comme par exemple, les vases communicants, c’est aussi établir des relations entre les choses.

3.2.2. Ce qui est visé ici c’est une approche qualitative plutôt que quantitative de phénomènes ou des objets scientifiques, technologiques voire mathématiques mis en évidence par la construction et le fonctionnement de ces machines. Plus que des connaissances formelles, prématurées à cet âge, c'est simplement faire connaissance avec ces phénomènes ou ces objets, c'est découvrir, observer, comparer ceux-ci comme les propriétés des matériaux (cartons, bois, polystyrène, plastique...), les outils et leurs fonctions.

C'est l'ouverture de champs conceptuels (cités précédemment) qui favorise l'élaboration de conceptions initiales  ou l'évolution de celles-ci quand elles existent déjà.

Se familiariser avec des langages.

La communication qui s'instaure à tous moments, en dessinant, en construisant, accentue la pratique orale de la langue, les échanges qui ont lieu avec d'autres classes, la présentation des machines au "grand public d'Expo - Sciences" ont motivé la pratique de l'écrit (commentaires des photos dans le 1ère partie). De plus, ici, est apparue la nécessité de langages spécifiques : 
- un vocabulaire technique par l'introduction de mots nouveaux tels que  axe, levier, plans, bielle, manivelle, vilebrequin, flottaison, équilibre, vases communicants...
- une syntaxe enrichie par l'usage, plus fréquent, de subordonnées relatives, par exemple.
Des enfants ont ainsi pu réaliser des fiches- guide de construction pour la communiquer aux classes correspondantes.
- une schématisation qui s'avère nécessaire pour imaginer, communiquer et comprendre plus facilement. C'est une approche naturelle du dessin technique, plus symbolique et contraignant par ses codes. On peut noter les difficultés, pour de nombreux enfants, à maîtriser le schéma, mais aussi les avancées réussies ou prometteuses de certains, comme cette vue en perspective spontanée de la fixation de l'hélice sur le "bateau à hélice" réalisée par Erik et Arthur. (Dessin 15 et photo 12)

Mieux répondre aux diverses formes d'intelligence.

A propos de la schématisation, nous relevons de grandes différences de conception et d'habileté, entre un dessin peu représentatif, difficile à lire et un plan avec mesures, pratiquement à l'échelle ou le dessin en perspective cavalière. Ces différences correspondent, semble-t-il, à des formes diverses d'intelligence dominantes ou défaillantes, déjà évoquées précédemment (5). De plus, on sait aussi que certains enfants mémorisent ou comprennent mieux par un schéma plutôt  que par un discours oral, un texte écrit, ou inversement (Les visuels et les auditifs).
On peut remarquer aussi que les mêmes champs conceptuels peuvent être approchés par des situations et des projets différents, ce qui peut répondre à des sensibilités intellectuelles différentes et faciliter l'apprentissage.
En permettant cette variété de constructions, donc de supports et de langages, par des itinéraires personnalisés, cette hétérogénéité des aptitudes, des compétences par la coopération librement consentie dans le travail en équipe favorisant le "métissage", on peut penser que s'accentuent naturellement chez chacun le développement des formes privilégiées d'intelligence et le renforcement des formes mineures ou défaillantes.

Une démarche formatrice.

L'enfant en situation de recherche peut élaborer des projets, viser des objectifs, des résultats à atteindre, imaginer des hypothèses, les vérifier en construisant et en expérimentant, analyser les obstacles, les causes de non fonctionnement, chercher à y remédier en faisant appel à l'information, par recours à l'adulte.
Devant l'obstacle, l'enfant peut sentir et prendre conscience progressivement de la nécessité de connaître des savoirs ignorés, donc être motivé pour des apprentissages, non seulement de savoir - faire, mais aussi des apprentissages conceptuels, scientifiques ou techniques : des lois  pour comprendre les effets de certains phénomènes, pour surmonter des difficultés, pour modifier des hypothèses.
Cette démarche est susceptible de l'aider dans la lente conquête d'une autonomie intellectuelle, fondée sur une attitude active pour améliorer sa compréhension future de l'environnement technologique ou naturel et tenter d'agir sur lui en adulte responsable.

Apprendre la vie. 

De "l'imagination créatrice" à la réalisation  matérielle d'un projet, l'enfant peut découvrir, juger, admettre les limites, les contraintes diverses imposées par la réalité : matériaux inadéquats, outils nécessaires absents ou non manipulables, projets irréalisables... etc.
Dans ces situations authentiques, où l'interactivité entre le concret et l'abstrait, le réel et l'imaginaire est permanente, l'enfant se trouve, à tous les niveaux de son action, face à des tentatives de conciliation de l'imagination et de la rigueur. Et c'est là un apprentissage de la vie fondamental !
Ce qui nous paraît aussi important, c'est  l'ouverture de l'école sur la vie  environnante, pour atténuer ce hiatus contre lequel C. Freinet a toujours lutté. En multipliant les interactions entre des activités professionnelles de la vie quotidienne et les apprentissages généraux, le concret, le réel motivent les apprentissages  conceptuels plus scolaires soit parce qu'ils sont à la source de ceux-ci, soit parce qu'ils en constituent des recours ou des retombées : les applications pratiques.
Les exemples du siphon pour expliquer le principe des vases communicants, de la fabrication d'un vilebrequin, soudé par un ferronnier, pour actionner la grande roue de la centrale électrique, en témoignent ici.

Et pour conclure ...

Si "... le savoir ne se transmet pas..."
    "...C'est donc l'apprenant qui, pour une raison ou pour une autre, doit se trouver en situation de changer ses conceptions." (3),
Si "Acquérir une connaissance c'est passer d'une conception à une autre plus pertinente par rapport à la situation." (3),
Si la construction d'un savoir scientifique ne peut se faire ni par des méthodes purement didactiques, qui ne prennent pas en compte les idées ou conceptions des apprenants, ni par des méthodes non directives  dont le "rendement didactique"(3) serait insuffisant,
alors la pédagogie Freinet propose, aujourd'hui encore, un modèle d'apprentissage interactif, centré sur l'apprenant, situé entre ces deux pôles extrêmes.
Ce témoignage l'illustre à nouveau, en mettant en évidence :
- la part de l'enfant : les capacités des enfants à créer, à construire socialement du savoir, car, par nature, l'enfant est curieux, questionneur, expérimentateur donc actif,
- la part du maître : sa fonction (créer un environnement didactique adaptable à chacun), son positionnement par rapport aux itinéraires personnalisés, c'est-à-dire la grande diversité de ses interventions.
Cette démarche d'apprentissage personnalisée, fondée sur un processus de tâtonnement expérimental régulé, permet:
- de donner du sens aux apprentissages
- de répondre aux diverses formes d'intelligence
- de créer une dynamique par la construction sociale de savoirs.
Et cette permanente interactivité entre l'heuristique et la didactique, entre individualisation et socialisation, situe ce modèle dans une perspective néo-constructiviste. 

Dossier réalisé par Edmond Lèmery et Michel Maubert 63117 Chauriat   

Notes bibliographiques et documentaires 

(1) Les Expo - Sciences  sont organisées régionalement ; elles constituent l'activité fondamentale du C.R.A.S.T.I.  et sont destinées à promouvoir les activités et apprentissages scientifiques chez les jeunes, à  l'école et hors de l'école. Y participent les établissements scolaires, les clubs, les associations et les mouvement pédagogiques d'éducation nouvelle.  
(2)  Ces ateliers ont été décrits dans le dossier n° 90 du Nouvel Educateur (Juin 1997)
(3)   Nous empruntons quelques expressions ou citations à André Giordan dans la brochure
       "Comment dépasser les modèles constructivistes ?
       ou l'utilisation pédagogique des conceptions des apprenants"  Editions : Voies Livres (Février 1997) CP 630 - 69258 LYON Cedex 09
(4) Voir les nombreux articles parus dans le Nouvel Educateur sur le tâtonnement expérimental
en particulier les N°s  48 - 69 - 77 - 81 - 84 , disponibles dans les groupes départementaux de l'ICEM ou aux PEMF.
(5) La théorie d'H Gardner a paru dans Sciences Humaines  n° 69 (Février 1997) et nous avons cités ces diverses formes dans la rubrique Repère du n° 91 du Nouvel Educateur. Elle vient de faire l'objet de plusieurs publications dans la presse hebdomadaire française.
(6) E. Lèmery - Pour une Mathématique populaire - Edt : Casterman Collection E.3 témoignages (1983)

encart 3
Conception spiralaire 
de la construction des concepts.

Dans ce schéma:
- chaque secteur représente «le champ d’un concept». exemple le concept (a)
- la courbe en spirale illustre le cheminement de l’individu ou du groupe qui approche le concept à un certain niveau.
exemple: concept (a), 3 passages au niveau 1,2,3, d’approches successives.
Les approches i1 et i2 dans les concepts (e) et (g) apportent des modèles donc des outils nouveaux dont la nouvelle approche du concept (a) peut bénéficier au niveau 3.
(extrait de «Pour une mathématique populaire») (6)

* Heuristique (définition en pédagogie d'après le Robert) : la méthode heuristique consiste à faire découvrir à l'élève ce qu'on veut lui enseigner
* Didactique : qui vise à instruire par l'apport d'un savoir organisé.