Des activités scientifiques pour les 4-5 ans : les étapes clés !

Au commencement : des idées en pagaille !

Ma mission était donc de trouver de nouvelles activités pour les petits.

Le début est classique : une feuille vierge, nous, et des collègues inspirés et passionnés. Le champ des possibles est infini, et il ne tient qu’à nous de le cultiver.

Des thèmes ? Chimie, physique, mécanique, anatomie, optique, archéologie, musique, mathématiques, biologie, géologie, astronomie, informatique…

Des sujets ? La gravité, les fluides non newtoniens, la tectonique des plaques, les ondes, la persistance rétinienne…

Des outils ? Avion en papier, loupe, petit robot, dé, jeu de cartes, boussole, peigne, lunettes, bille, boîte…

Et comme rien ne se perd, mais que tout se transforme, nous avons aussi vu comment adapter les animations existantes destinées aux 8-13 ans, pour les mettre au goût des plus petits : eau, lumière, environnement, super-héros… D’excellents thèmes, en somme (ne soyons pas modestes) !

Petite liste en vrac des propositions

• Chimie : acidité et roches calcaires, avec des craies et du jus de citron
• Physique : conservation de l’énergie, avec un pendule de Newton
• Mécanique : fluides non newtoniens, avec fécule de maïs, dentifrice et ketchup
• Anatomie : fonctionnement des muscles, avec une main en carton
• Archéologie : un jeu d’identification, comme un jeu des 7 différences
• Mathématiques : symétrie, avec un miroir
• Optique : 3D, avec des puzzles
• Inertie et mouvement : un tabouret rotatif et des haltères
• Gravité : un parachute avec un sac poubelle et un bouchon de liège
• Flottaison : densité volumique et poussée d’Archimède
• États de la matière : un trombone, de l’eau, un briquet
• Conduction thermique : une baguette en bois, du fil de fer
• Propriété anisotrope : des poutres imprimées en 3D, un schéma d’os
• De la ficelle : fibres, cheveux, tressage
• Des aimants : plusieurs phénomènes de magnétisme
• Des chaussures : propriétés de structure, l’importance du motif sur les semelles
• Un kaléidoscope : réflexion et réfraction de la lumière

Intimidés par la liste ? Ne vous inquiétez pas : comme toutes les listes de départ, seules quelques propositions survivront à l’hiver !

Deuxième étape : rédiger les fiches pédagogiques 

Une fois toutes ces idées rassemblées, il était temps de réfléchir plus en profondeur. Chaque sujet a fait l’objet d’une fiche détaillée :

• Nom de l’animation : simple et identifiable (ex : Symétrie, Flottaison, Structure et adhérence…)
• Principe / Résumé : explication rapide de l’activité (ex : montrer le principe de l’inertie, faire découvrir l’action de quelques acides…)
• Objectifs pédagogiques : compétences et paliers de progression pour les enfants (ex : avoir un meilleur contrôle des gestes, identifier des repères visuels, entraîner la mémoire à court terme…)
• Matériel : liste complète ou partielle (ex : marqueur, stylo, bassine, torchons, images à imprimer…)
• Ressources de fabrication : liens vers des fichiers ou des tutoriels (ex : fichier d’impression 3D, vidéo tutoriel…)
• Temps de préparation et de nettoyage : temps à prévoir pour installer et ranger la salle (ex : aucun, 5 minutes…)
• Déroulé : présentation succincte de l’activité (ex : Symétrie axiale + Symétrie plan, Densité + Poussée d’Archimède…)
• Explications complémentaires : informations sur les phénomènes abordés (ex : compléments sur les forces de frottement, conseil pour l’explication de la masse volumique…)
• Sources / Références : liens vers des sources techniques (ex : Wikipédia, fiche d’activité…)

Une fois ces bases posées, il était temps de faire un choix. Quelles activités nous semblent les plus pertinentes pour de jeunes enfants en temps de loisir ? Lesquelles nous inspirent le plus ? Lesquelles nous apparaissent d’office trop compliquées ?

Troisième étape : sélectionner des activités scientifiques adaptées

S’adapter à notre public cible, les enfants de 4-5 ans

Nous avons une liste variée, fruit d’un débordement de créativité. Maintenant, retour à la réalité ! Il est temps de se pencher sur le cadre de nos activités scientifiques et d’analyser tout ce que notre public implique.

Sans surprise, les défis sont nombreux. Très nombreux même ! Les enfants manifestent une curiosité débordante et le moindre phénomène attise leur attention. Résultat : ils veulent toucher à tout, et goûter à tout !
Logiquement, une adaptation du matériel est de mise.

• De un, interdiction d’utiliser des denrées susceptibles d’être ingérées.
• De deux, tout objet dangereux est également à proscrire.
• De trois, on oublie ce qui est trop difficile à manier par des petites mains en apprentissage de la dextérité.

Cela vous paraît logique, et ça l’est, mais beaucoup de détails peuvent être oubliés lors de la phase de créativité.

Ne pas négliger les contraintes matérielles

Et tout ceci, c’est bien évidemment sans compter les contraintes matérielles. Eh oui, nous créons, certes, mais nous devons rester dans la mesure du raisonnable. Nous pouvons nous procurer du matériel spécialisé lorsque la situation l’exige, là n’est pas la question. Cependant, comme dans tout projet, il faut gérer ses ressources et répartir les moyens disponibles. Est-ce que c’est nécessaire, ou avons-nous des alternatives à disposition ? Dans la mesure du possible, privilégions les objets accessibles, faciles à trouver et peu coûteux. Cela réduit les problèmes de logistique et de surveillance des stocks.

Avec ses premiers filtres, la sélection se précise et autant vous dire que beaucoup de nos idées passent à la trappe !

Des activités scientifiques à éliminer et à retenir

Activités éliminées (accompagnées de leurs inconvénients)  

• Mécanique et fluides non newtoniens : denrées alimentaires et périssables
• Anatomie et fonctionnement des muscles : manipulation trop minutieuse
• Optique et puzzles 3D : manipulation trop minutieuse
• Archéologie : trop de matériel à concevoir
• Propriété anisotrope : trop de matériel à fabriquer
• Inertie et mouvement : démonstration trop dangereuse
• Gravité : utilisation trop importante de ciseaux et autre matériel à risque
• États de la matière : source de flamme ou de chaleur à proscrire
• Conduction thermique : source de chaleur et fil de fer trop dangereux
• Tressage : mouvements trop délicats et notion trop abstraite
• Réflexion / Réfraction : le kaléidoscope demande du matériel trop spécifique

Pourquoi le kaléidoscope n’est-il pas un problème niveau manipulation ? Eh bien, une grande partie peut être montée à l’avance par l’animateur, et on peut réserver aux enfants les tâches les plus simples, comme colorier le tube et déposer une poignée de jetons brillants à l’intérieur.

Si ces propositions ont été mises de côté, elles ne sont pas, pour autant, inutiles. Un jour peut-être, quelqu’un fouillera les archives à la recherche d’idées pour d’autres dispositifs et, qui sait, elles seront utilisées ailleurs… Seul le temps nous le dira.

Activités retenues 

• Chimie : acidité et roches calcaires
• Physique : conservation de l’énergie
• Mathématiques : symétrie
• Flottaison : densité volumique et poussée d’Archimède
• Magnétisme
• Propriétés de structure et adhérence : chaussures et motif de semelles

Ça en fait, du monde en moins. Mais, il en reste !

Quatrième étape : adapter les approches et faire des compromis

Le public des 4-5 ans est un public complexe.  Avant le primaire, pas de lecture ni de nombre, la notion de droite et de gauche est mal connue et la motricité fine n’est pas maîtrisée. De plus, beaucoup d’associations logiques ne sont pas utilisables car les enfants n’en ont pas encore fait l’expérience. Cette tranche d’âge perçoit le monde différemment de nous.

Ensuite vient la question du transport du matériel de l’animation. Il ne faut pas oublier que les enfants ne sont pas les seuls concernés : les animateurs sont aussi de la partie ! Notre mission est aussi d’alléger autant que possible le travail des animateurs. Il faut donc se cantonner au maximum à du matériel léger, robuste et de petite taille. Car, désormais, nous privilégions des déplacements en triporteur.

Et dernier détail à ne pas oublier : le temps. Nos activités sont limitées à 40 minutes, alors il faut se montrer concis et flexible ! Il faut toujours prévoir une marge de manœuvre : prendre en compte la mise en place, prévoir le dialogue, anticiper les retards… Mieux vaut donc une activité courte où tout le monde s’exprime et expérimente qu’une session inachevée et bouclée à la hâte.

Maintenant que nous avons notre sélection d’activités et un cadre solide, il ne reste plus qu’à les étoffer. Le processus dépend de chacun. Pour ma part, je creuse tout en parallèle, dès que l’inspiration me vient.

Pour l’activité « Acidité », le déroulé est classique. Nous nous sommes inspirés d’une autre animation Bloomdayz issue du le thème de l’environnement : l’acidification des océans. Cette fois-ci, nous utilisons des morceaux de craie au lieu des coquilles d’œuf. L’effet est rapide, les craies faciles à transporter, le jus de citron et le vinaigre aisément conservés. Une pince et quelques ramequins, et le tour est joué. Notre matériel est prêt.

Pour l’activité « Magnétisme », un kit se trouvait dans nos bureaux, rempli de pléthore d’instruments et d’une notice exhaustive. Cette activité possède des bases solides sur lesquelles nous appuyer.

Pour les autres, nous partons de zéro. Qu’à cela ne tienne ! C’est ici que repose le cœur du défi : construire et bâtir avec des outils limités. C’est le moment d’avoir de la ressource !

Cinquième étape : au cœur du sujet, le texte de médiation

Il est temps d’entrer dans le vif du sujet. Nous avons parlé de quoi faire et ne pas faire, mais pas encore de comment le faire !

Toute la difficulté de l’exercice réside dans l’identification des termes clés, ainsi que dans l’imagination de méthodes adaptées. Quels sont les mots essentiels pour la compréhension de l’activité ? Comment les expliquer à un public aussi particulier ? Quand placer les explications sans briser le rythme ? Et, comment les structurer lorsqu’elles dépendent les unes des autres ?

À chaque sujet ses phénomènes à comprendre, sa science à décortiquer, sa complexité à traduire, un public auquel l’adapter et ses moyens de l’illustrer. Au maximum, nous pensons aux éventuelles questions des enfants, à l’influence de chaque information pour eux. Que répondre lorsqu’ils demandent « Pourquoi cette bille bouge et pas l’autre ? », « Pourquoi ce n’est pas pareil de l’autre côté ? » ou encore « Pourquoi ça ne marche pas ici ? ».

Exemple de l’activité « Flottaison »

Comment montrer le phénomène ?

Prenons l’activité « Flottaison ». Que faut-il définir ? Dans quel ordre ? Comment fonctionne la flottaison d’un objet ? Elle dépend de sa masse volumique. C’est un terme à expliquer. Quoi d’autre ? La poussée d’Archimède aussi. Peut-on les définir en même temps ? Faut-il les présenter l’un après l’autre ?
La masse volumique dépend des notions de masse et de volume. Faut-il alors définir ces deux termes aussi ? Pour la masse, il est certain que le mot sera inconnu par de nombreux enfants. Est-ce acceptable de prendre un raccourci et de parler de poids ? Pareil pour la masse volumique : pouvons-nous l’approximer en densité ?
Dire qu’un objet a de la masse, c’est dire qu’il est lourd. Dire qu’il a du volume, c’est dire qu’il prend de la place. Voilà des explications qui ne devraient pas être trop compliquées.

La poussée d’Archimède, quant à elle, s’applique à tous les fluides, mais on l’associe souvent aux liquides par souci de simplification. Faut-il mentionner l’état gazeux ? Les montgolfières ou les ballons à l’hélium devraient leur être familiers. Par contre, peut-être se demanderont-ils si les avions fonctionnent pareil ? Mieux vaut prévoir cette question si elle arrive.

Ensuite, comment le montrer ? L’illustrer dans la vraie vie ? Utiliser une balance de mesure serait excessif. Cependant, leur faire soulever les objets est trop subjectif, et risque de prendre un temps fou… Pour la “densité”, nous nous contenterons de comparaisons.

Et comment adapter approche et vocabulaire ?

Et pour mieux les mettre dans le bain (sans mauvais jeu de mots), pourquoi ne pas commencer l’activité avec une question ? Cela introduit le thème tout en attirant leur attention et en les encourageant à parler.
Que leur demander ? Peut-être s’ils sont déjà partis à la piscine, ou s’ils ont déjà pris un bain ? Oh ! Mieux encore : ont-ils une bouée, des brassards ou des jouets pour le bain ? C’est beaucoup plus imagé pour eux.

Un élément crucial à ne pas oublier : faire attention à notre approche et à notre vocabulaire. Bien vérifier que les questions posées soient compréhensibles et répondables. On ne peut pas demander à un enfant de cet âge d’expliquer “pourquoi” sans élaborer. Par conséquent, il faut aiguiller sa réflexion avec des questions plus orientées. Pas de « Pourquoi est-ce que ça coule ? », mais plutôt un « Est-ce qu’il coule parce qu’il est lourd ? », « Est-ce qu’il flotte quand il est grand ? ». L’idéal, ce sont les questions fermées, celles où la réponse peut être oui ou non.

Si possible, on leur laisse la possibilité de dire « Je ne sais pas. ». Ça leur apprend, aussi, à ne pas avoir peur de répondre !

Sixième étape : essais et erreurs 

Pendant que les déroulés se développent, beaucoup d’idées doivent être vérifiées. Parfois, ce qui fonctionne en théorie s’écroule en pratique.

C’est normal, il faut s’y attendre. Et quand on se trompe, on fait avec… tout en cherchant une solution, évidemment.

Exemple de l’activité « Conservation de l’énergie »

Prenons l’activité « Conservation de l’énergie » : notre attention s’est portée sur un objet fort intéressant, le pendule de Newton, mais aussi sur un jeu de lancer de balles.

Mais ce pendule de Newton nous a donné beaucoup de fil à retordre (sans mauvais jeu de mots).

Cependant, un premier problème se pose : c’est un objet assez délicat à transporter, entre ses fils et sa structure. Nous avons donc eu l’idée de l’imprimer en 3D en pièces détachables. Afin d’en faire une version démontable et facile à stocker, les arches et la base seront séparées.

Heureusement pour nous, les sites comme Thingiverse ou Instructables regorgent de tutoriels, conseils et modèles pour nous lancer dans l’élaboration de projets.

Une session d’impression plus tard, et nous ressortons avec notre premier prototype ! Hélas, plusieurs problèmes se font remarquer, dont un extrêmement handicapant : le pendule ne fonctionne pas ! Les billes se heurtent sans rien transmettre et le tout ressemble davantage à une balançoire collective qu’à une démonstration de transmission d’énergie. Les défauts secondaires ne sont pas en reste : les arches s’emboîtent mal, les encoches sont trop proches, les fils sont difficiles à nouer… la structure reste difficile et chronophage à construire.

Changeons les billes, pour voir. Nous n’avons pas de billes métalliques à disposition, alors nous testons : billes, boulettes de papier, balle de ping-pong… et même aimants ! Nous nous basons sur les critères cités dans les explications : les billes doivent être assez massiques pour créer l’inertie et assez élastiques pour la transmettre au mieux.

Après de nombreux essais, un seul candidat nous permet d’observer le phénomène désiré : les billes de cour de récréation, dures et denses !

Le résultat n’est certes pas parfait, mais nous considérons qu’il suffit à la démonstration. Et puis, cela prouve que notre structure est viable !

Cependant, le problème du montage demeure irrésolu. L’assemblage est possible, mais celui-ci reste trop long : les fils ne tiennent pas et demandent à être attachés plusieurs fois.

Pour l’instant, la recherche suit son cours. Allons-nous nous résoudre à acheter un pendule fonctionnel ? Ou améliorer notre modèle ? Une chose est sûre : nous n’en avons pas fini avec lui !

Cette activité a donc traversé bien des modifications… mais on est sur la bonne voie !

Septième étape : aller à l’essentiel et savoir faire des choix

Parfois, ce ne sont pas les ratés qui forcent à supprimer du contenu. Quelques fois, ce sont la quantité de contenu et le temps imparti qui s’en chargent.

Exemple de l’activité « Symétrie »

L’activité « Symétrie », elle, a été beaucoup plus simple à construire.

Aucun problème au niveau du matériel ou du texte de médiation. Le concept de symétrie s’explique sans heurts avec les mots « miroir », « pareil », et « différent ». La difficulté repose plutôt sur notre quantité excessive d’idées. Avec toutes nos propositions, nous aurions de quoi faire plusieurs heures d’animation !

Au départ, nous comptions aborder plusieurs types de symétries : axiale, centrale, rotation… mais les explications se seraient accumulées jusqu’à prendre le dessus sur les interactions avec les enfants et les saturer en informations, empêchant ainsi la compréhension finale. Ce n’est pas notre but.

Impossible donc de toutes les aborder en si peu de temps. Nous devrons nous contenter de la symétrie axiale et de la symétrie de plan. C’est déjà un bon départ.

Pour achever l’activité, deux idées nous ont paru intéressantes : un puzzle et un jeu de duplication. Toutes deux sont ludiques et ancrées dans le thème.

Le puzzle laisse une liberté plus vaste aux enfants, en plus de faire office de temps calme où ils peuvent réfléchir seuls ou à plusieurs. Cependant, il se rattachait moins bien aux explications des parties précédentes. Le côté interactif et l’aspect défi du jeu de symétrie ont donc retenu notre attention.

Si nous le pouvions, nous aurions fait les deux ! Hélas, il faut savoir faire des choix. Le puzzle est une bonne idée mais le jeu de symétrie est plus adapté. C’est frustrant, mais c’est ainsi. Pas d’inquiétude cependant : le puzzle est placé en annexe, au cas où un animateur serait tenté de le proposer.

Mais assez tergiversé : l’activité « Symétrie » est enfin validée !

Huitième étape : rédaction de la fiche d’animation et préparation du matériel

Une fois le contenu intégralement validé, il est l’heure de passer à la rédaction de la fiche d’animation. Fini les tirets, les morceaux de phrases, et les commentaires dans les marges. Place aux phrases structurées et catégorisées par fonction : en vert pour le discours, en bleu pour la gestion du matériel, en noir pour les gestes et les conseils… Tout se met en forme dans un seul et beau document prêt à être imprimé et utilisé.

Il est également essentiel d’effectuer de nombreuses mises en situation afin de nous imaginer au plus proche des conditions d’animation. On saisit notre matériel, on le manipule, on imagine les enfants devant nous. On se demande alors : Ce que je montre est-il visible ? Faudrait-il un exemplaire en plus ? Mon texte est-il compréhensible, mes explications trop longues ? Nous faut-il plusieurs tables, ou est-ce qu’une seule suffit ? Y a-t-il des temps de pause où ils peuvent poser des questions ?

Dernière étape (?) : le test en situation réelle

Le grand jour est enfin arrivé : c’est l’heure du premier test pour l’activité « Symétrie » ! Le matériel est préparé, les images sont imprimées, les enfants sont installés, l’animateur est prêt… Que l’activité commence !

On sort les feuilles. On montre les axes. On demande aux enfants ce qu’ils voient. On plie, on vérifie : est-ce que c’est bon ? Ou est-ce que ça ne va pas ? Ensuite viennent les objets en 3D et rebelote : est-ce que c’est pareil ? Est-ce que c’est différent ?

Tout au long de l’activité, on se demande si tout le monde suit, si les images sont visibles, si l’on est dans les temps, si les explications sont trop détaillées ou pas assez… C’est également là que l’on remarque une infinité de détails passés inaperçus jusqu’alors : comment attirer l’attention des enfants ? Comment guider leurs pensées vers un résultat ? Comment tous les faire participer ? Certains enfants comprennent vite, et d’autres peinent à saisir les définitions. Il y en a qui parlent beaucoup, et d’autres assez timides. Il faut prêter attention à leur comportement pour les solliciter dans le meilleur cadre possible. L’expérience et le professionnalisme de l’animateur se font vite ressentir dans ces situations.

Nous finissons par le jeu de reproduction. Une ligne de scotch sert d’axe de symétrie, et les deux équipes sont créées. Le premier groupe commence en disposant des objets d’un côté de l’axe. Le second groupe doit alors reproduire la scène en symétrie. On pose les objets sur une table, et c’est parti ! Les enfants se saisissent chacun d’un objet qu’ils déposent où ils le souhaitent.

Ah. Voilà un imprévu. Les premiers, trop enthousiastes, empoignent plusieurs paires d’objets d’un coup. Dans cette situation, ceux qui suivent ne pourront pas compléter le motif… Heureusement que nous avons prévu du matériel en plus ! Nous sortons prestement de notre sac quelques objets supplémentaires afin que le second groupe puisse compléter le dessin sans problème.

Tous les objets posés, on procède alors à la vérification. Il y a une petite erreur ici, vous ne trouvez pas ? On explique la raison pour laquelle certains objets ne sont pas à la bonne place ou dans le bon angle, puis on les encourage à trouver la solution par eux-mêmes.

On fait ensuite une seconde vérification. L’excitation est à son comble… Tout est bon ! Le motif est reproduit à la perfection ! On félicite les enfants, qui semblent tous joyeux d’avoir réussi.

Maintenant que le premier round est fini, on procède à une inversion des rôles : le premier groupe attend, et le second commence un autre motif. On complète, on vérifie, on corrige et on explique… On recommence, encore et encore.

Après quelques tours, l’animation se finit. Les enfants ont l’air contents, et ils paraissent comprendre ce qu’est la symétrie. Le test est une réussite !

Et ensuite ? L’aventure continue !

Vous pensiez que c’était fini ? Qu’une fois le test fait, on boucle nos valises et on s’en va ? Erreur, lourde erreur !

Tout cela n’est qu’une seule activité et un unique test. Maintenant, il faut continuer, encore et toujours à tester, vérifier, améliorer, adapter pour être en accord avec les exigences que l’on s’impose.
De mon côté, il est temps de retourner aux activités que j’ai laissées en standby pendant la finalisation de l’activité « Symétrie ». Il est l’heure de mettre les bouchées doubles avant la fin du temps imparti !

Et à vous de jouer, maintenant !