Types de Sol

Plan de cours développé et mis en place par les membres de l’équipe du Projet Chantier7

Objectifs: Les élèves devraient être en mesure de (1) comprendre la nature complexe du sol (composantes de chacune des couches, créatures vivant dans le sol, etc.) et (2) observer et manipuler différents types de sols, incluant des sols sablonneux, argileux et limoneux.

Niveau: Secondaire 1 et 2

Durée: 50-75 minutes

Matériel pédagogique:
1. Échantillons de sols de trois endroits uniques et différents
2. Truelle de jardinage
3. Activité d’approfondissement : erlenmeyer, entonnoir, échantillons de sol
Note: Les échantillons de sols auront plus d’impact s’ils sont collectés d’une source profonde pour que la matière organique, l’horizon A et, possiblement, l’horizon B soient visibles (un sac à ordure fonctionne très bien). L’activité devrait se dérouler à l’automne ou au printemps.

Feuillet d’exercices: Eureka B, Questions 7, 8, 9 EN 20

Items de la PDA du PFEQ pertinents pour ce concept: Classer des sols selon leur composition (ex. : teneur en sable, en argile, en matière organique)

Conceptions alternatives fréquemment rencontrées chez les élèves:

Le sol est uniforme dans sa composition
Tous les sols ont la même composition (c’est de la « terre »)

Items d’évaluation pour explorer/dévoiler les conceptions antérieures liées à ce concept:

Question 1. Voici une vue en coupe d’un sol. Laquelle de ces couches contient le plus de matière organique?

A. Couche A
B. Couche B
C. Couche C
D. Couche D
E. Elles ont toutes la même quantité de matière organique

(Recupéré du MOSART, Earth Science Test, formulaire #821, Q3)

Question 2. Laquelle de ces affirmations est vraie à propos de tous les sols?
A. Ils ont tous la même couleur et la même texture.
B. Ils contiennent tous des roches érodées.
C. Ils ne contiennent pas d'air.
D. Toutes ces affirmations sont vraies.

(Adapté du MOSART, Earth Science Test, form #821, Q9)

Description de la leçon

Les activités suivantes ont été conçues afin de tenir compte des conceptions alternatives des élèves, certaines d’entre elles pouvant être mises à jour par le biais des questions à choix multiples ci-dessus.

Étape 1: Faire ressortir les conceptions des élèves, leurs intuitions

Cette étape implique deux activités (Activité #1 — Visualise le sol! et Activité #2 — Penser et Échanger) servant à faire ressortir les connaissances antérieures des élèves et leur compréhension de ces concepts.

Activité #1 : Visualise le sol!

(1) Préparer un sac d’échantillon de sol et le faire observer par les élèves.

(2) Mettre les élèves en situation: « Aujourd’hui, nous avons ici un sac plein de terre. J’aimerais que vous essayiez d’imaginer que vous possédez une machine qui permettrait d’agrandir une toute petite partie de ce qui se trouve dans ce sac, comme ce que vous pouvez voir sur votre feuille de travail. »

(3) Distribuer le feuillet #1 (voir Appendice A) et continuer avec la mise en situation : « Voyez-vous bien le cercle sur votre feuille? Je veux que vous dessiniez dans ce cercle ce que vous croyez qu’il serait possible de voir dans le sol grâce à cette machine. »

(4) Laisser aux élèves le temps de dessiner sur leur feuille. Circuler dans la classe et demander aux élèves d’expliquer leur dessin. Choisir 3-4 dessins qui représentent le mieux les idées de la classe en général. Encourager la réflexion à l’aide de questions:

Peux-tu me dire pourquoi tu as dessiné ceci?
Qu’est-ce qui arriverait s’il pleuvait?
Est-ce que tu crois que cela influencera ton dessin?

(5) Une fois les dessins complétés, l’enseignant demande aux élèves sélectionnés de partager au groupe leurs modèles et de les expliquer. Par exemple, l’enseignant peut poser différentes questions:

Peux-tu expliquer ce que tu as dessiné?
Je vois que tu as dessiné des cercles; que représentent-ils?
Est-ce que d’autres personnes ont un dessin semblable à celui-ci?
Si oui, voudriez-vous ajouter quelque chose sur ce dessin?

(6) Après avoir partagé les modèles des élèves, l’enseignant résume les différents points amenés par les élèves et crée un modèle qui fera le consensus:

Selon vos idées, créons ensemble un modèle pour toute la classe!
Plusieurs d’entre vous ont dessiné des cercles représentant les atomes de terre, avec différents cercles placés sur différentes couches.
Sommes-nous d’accord pour dire qu’il existe plusieurs couches du sol?
Certains d’entre vous avez dessiné des vers de terre; voulez-vous ajouter des vers dans le modèle de classe?

En se basant sur les réponses des élèves, l’enseignant peut changer ou ajouter des éléments sur le modèle de classe. Il pourra également poser différentes questions afin de guider les discussions:

Certains élèves ont mentionné différentes couches dans le sol; comment pourrait-on représenter cela dans notre dessin? Est-ce que quelqu’un voudrait venir au tableau?

Sommes-nous bien d’accord pour dire qu’il existe différentes couches dans le sol?

Quelqu’un a-t-il une autre idée?

(S’il y a conflit entre les idées de certains élèves) Comment devrait-on réconcilier ces idées? On passe au vote?

Le but de l’Activité #1 est d’aider l’enseignant à faire ressortir la diversité des idées des élèves avant le début formel de la leçon. Dans la prochaine activité, les élèves seront invités à observer différents types de sol dans le but de pousser leur compréhension à un niveau plus profond concernant la composition du sol.

Activity #2: Penser et Échanger

Cette activité a pour but de permettre aux élèves de partager leur compréhension de la composition du sol. À travers l’observation et l’argumentation, les élèves auront ainsi l’opportunité d’explorer et de justifier leurs idées. Afin de les aider, l’enseignant pourra questionner les élèves durant l’activité, possiblement en utilisant les questions que les élèves pourront retrouver sur leur feuille de travail. Lors de cette activité, les élèves devront : (1) réfléchir individuellement aux questions posées et coucher leurs réponses sur papier, (2) se trouver un partenaire et discuter ensemble de leurs réponses et de leurs idées, et (3) partager leurs idées au reste de la classe. Il est fortement suggéré aux élèves de noter les idées émergeant de leurs discussions dans leur Journal Scientifique, qui sera utilisé comme outil d’évaluation de leur compréhension (si les élèves n’ont pas de Journal Scientifique, ils peuvent noter le tout sur une feuille mobile).

(1) Réfléchir individuellement: Récolter 3 échantillons de terre provenant de 3 sites différents. Questionner les élèves: Qu’arrive-t-il lorsque l’on creuse de plus en plus profondément dans le sol?

Inviter les élèves à observer les sacs de terre individuellement. À cette étape, il est encouragé de les laisser manipuler les sacs et toucher à la terre qu’ils contiennent : « Il y a trois sacs devant toi. Touche les sols qu’ils contiennent, regarde les différentes couleurs, puis essaie de répondre aux questions sur ta feuille de travail. »

La feuille de travail des élèves (Voir l’Annexe B) contient des questions telles que:

De quoi est composé le sol?

De quelle couleur sont les différents échantillons?

Que peut-on trouver dans le sol?

Est-ce que tous les sols sont identiques?

Est-ce que les sols sont uniformes, c’est-à-dire qu’ils restent identiques sur toute leur profondeur?

Lorsque le travail est complété, l’enseignant récolte les feuilles de travail des élèves. Ceci lui permettre de constater les conceptions dominantes des élèves de la classe.

(2) Se trouver un partenaire: Demander aux élèves de se regrouper en équipes de deux afin de discuter de leurs réponses. Lors de cette étape, l’enseignant circule dans la classe afin d’encourager les élèves à approfondir leurs explications. Par exemple, l’enseignant peut poser des questions telles que:

Croyez-vous tous les deux que le sol est composé de roches différentes?
Pourquoi? As-tu déjà vu des sols avec différentes roches?
Pourquoi penses-tu que ce sont des roches?

(3) Partager leurs idées au reste de la classe: Afin d’engager les élèves dans une réflexion collective, l’enseignant peut distribuer quelques notes autocollantes (Post-It) à chaque équipe. Les élèves pourront ainsi noter leurs idées et leurs réponses aux différentes questions sur ces notes.

Au tableau, prévoir un espace pour chacune des questions de la feuille de travail. Les élèves sont ensuite invités à venir coller leurs notes aux endroits appropriés. L’enseignant, avec l’aide des élèves, peut ensuite procéder à l’organisation et à la catégorisation des notes, afin d’en exposer les similarités et les différences.

Après avoir noter les ces similarités et différences au tableau, l’enseignant peut faire un retour sur le modèle de classe conçu lors de l’Activité #1 afin de vérifier si les élèves désireraient y ajouter, retirer ou changer des choses suite aux discussions effectuées dans le cadre de l’Activité #2. L’enseignant peut encourager la réflexion par des questions telles que:

Plusieurs d’entre vous pensez que le sol ne change pas en fonction de sa profondeur; comment peut-on représenter cela sur notre modèle?
Devrions-nous colorier tous les sols de la même couleur?
Est-ce que certains d’entre vous croyez que le sol change de couleur si l’on creuse assez profondément?
Devrions-nous ajouter des couleurs à notre modèle? Levez la main si vous êtes d’accord!
Y a-t-il autre chose que l’on devrait changer à notre modèle?

Note: N’oubliez pas d’inclure une légende au modèle de classe. Également, il sera préférable d’attendre à plus tard avant d’évaluer les conceptions des éleves.

Étape 2 : Collecter des données et en tirer un sens

Afin d’aider les élèves à bien comprendre les horizons du sol, l’enseignant invite les élèves à creuser jusqu’au fond des sacs d’échantillons de sol. L’enseignant demande ensuite aux élèves de décrire les différentes couleurs, textures et composantes variées (roches, matière organique, argile, etc.) qu’ils pourront observer. Demander aux élèves de noter leurs observations dans leur feuille de travail #1 (Voir l’Appendice A).

Les élèves pourront amorcer leurs observations en humectant une petite poignée d’un des échantillons de sol et en le frottant entre leurs doigts. Si l’échantillon devient collant, c’est qu’il contient beaucoup d’argile. S’il est plutôt granuleux et rugueux, c’est qu’il contient beaucoup de sable. S’il n’est ni collant ni granuleux, c’est qu’il est limoneux. Est-ce que certains de ces échantillons de sols semblent être plus poreux?

Reproduire la feuille de travail #1 au tableau. Ensemble, y noter les observations et les discussions des élèves.

Note : L’enseignant peur compiler les observations différentes des élèves (ex . : Noir [5], Brun [3], etc.)

Demander aux élèves s’ils trouvent des organismes vivants. L’enseignant note au tableau ce qu’ils auront trouvé, comme des escargots, des vers, des fourmis des scarabées ou autres insectes.

Étape 3 : Développer un raisonnement appuyé par des faits

Demander aux élèves d’analyser la relation entre la couleur, la texture et la présence d’organismes vivants dans le sol en petits groupes. L’enseignant peut ensuite circuler afin de pousser les élèves à approfondir leurs descriptions et leurs observations par l’entremise de questions telles que:

Que se passe-t-il si le sol est plus foncé?

Est-ce qu’il y a plus d’organismes vivants dans ces sols?

Pourquoi penses-tu que c’est le cas?

Après avoir construit un tableau résumé des découvertes du groupe, l’enseignant dirige une discussion à propos des similarités et des différences rencontrées lors de l’analyse en groupe. Pour ce faire, il peut employer des stratégies telles que:

Ø Orienter les élèves vers la réflexion des autres: Es-tu d’accord avec ce qu’a dit X? Pourquoi?
Ø Pousser les élèves à approfondir leurs réponses: Groupes A et B, vos deux tables ont dit que si le sol est plus foncé, il y aura plus d’organismes vivants à l’intérieur. Pourquoi pensez-vous ainsi?

Les réflexions des élèves pourraient ainsi contenir des explications telles que:

Les sols contenant plus de feuilles en décomposition et de matière organique ont également plus d’organismes vivants à l’intérieur.

Les sols plus sablonneux sont plus poreux, mais contiennent moins d’organismes vivants.

Étape 4 : Application et Transfert

L’enseignant peut ensuite mener une activité d’approfondissement lors de laquelle il amène les élèves à constater que le sol est composé de couches distinctes, les horizons, qui possèdent chacune des caractéristiques distinctes de celles des autres couches:
(1) Remplir un erlenmeyer aux ⅔ d’eau. En utilisant un entonnoir, ajouter de la terre à l’eau.

(2) Brasser l’erlenmeyer et laisser la terre décanter pendant la nuit.

(3) Les matières organiques devraient flotter alors que les particules de sable, de gravier et d’argile, plus lourdes, devraient couler. Il se pourrait également que l’argile forme une couche par-dessus le sable et le gravier.

Cette activité permet aux élèves de comprendre que les caractéristiques de chaque horizon jouent un rôle important dans l’utilisation que l’on pourra faire du sol. Par exemple, l’horizon supérieur est constitué de matière vivante ou en décomposition, comme des feuilles, des plantes ou des insectes. Cette horizon est généralement assez mince et très foncé. L’horizon suivant est surtout composé de sels minéraux et de matière organique décomposée. Il est également assez foncé, et il s’agit de l’horizon où pousseront les racines de la plupart des plantes. Sous ces horizons se trouve une couche principalement composée d’argile et de dépôts minéraux, et contiendra beaucoup moins de matière organique. Elle sera généralement plus claire que les horizons supérieurs. Finalement, la couche la plus profonde sera constituée de roches, avec très peu de matière organique; on ne retrouve pas de racines dans cette couche.

Étape 5 : Évaluation

Trois stratégies peuvent être employées pour effectuer l’évaluation de la compréhension des élèves ainsi que leur capacité à appliquer les concepts appris lors de ces activités:
(1) Dessiner les horizons du sol: Demander aux élèves de dessiner les différents horizons de chacun des échantillons de la première activité, en y incluant les organismes vivants. Chaque composantes devrait être bien identifiée.

(2) Étude de cas: Quel sol est idéal pour faire pousser un arbre?

M. Kim essaie d’ouvrir un verger comme on en retrouve un peu partout au Québec. Il veut savoir dans quelle région de la province ses pommiers auront-ils le plus de chance de pousser « mieux ». Il a engagé un groupe de scientifique spécialistes des sols (toi et ton équipe) afin de déterminer la région dans laquelle il devrait ouvrir son verger. Il a été récolter des échantillons de trois endroits potentiels où il aimerait s’installer (chaque échantillon provient d’une région différente). En se basant sur vos connaissances et votre analyse, quelle région serait la plus propice au succès du verger de M. Kim?

Demander aux élèves de travailler en groupes de 3-4 et de créer un portfolio qui devrait contenir les éléments suivants:

Un profil des sols créés lors des différentes activités : en se basant sur ces profils, trouver celui qui a le plus grand nombre et la plus grande diversité d’organismes vivants
Une recherche sur les besoins d’un pommier, en se concentrant sur les éléments qui permettraient d’identifier le sol idéal (couleur, texture, organismes vivants, etc.)
Une lettre à M. Kim qui décrira le sol idéal en fonction des échantillons ainsi que les justifications nécessaires

3) Questionnaire Post-Test: Ré-administrer les questions utilisées en début de leçon pour voir si les réponses des élèves ont changé depuis le début des activités. Les élèves peuvent répondre à main levée, à l’aide de télévoteurs, par écrit, etc. L’enseignant pourra ensuite diriger une discussion de groupe à propos des apprentissages effectués, en utilisant des questions telles que:

Plusieurs d’entre vous avez choisi « C » comme réponse. Est-ce que quelqu’un peut expliquer pourquoi?
Quels sont les indices qui te permettent de dire cela?

Note: L’enseignant est encouragé à reformuler les explications des élèves et de les écrire au tableau afin d’éviter de propager de nouvelles conceptions erronées

Ce plan de cours est inspiré des ressources suivantes:

Eco Kids Corner site: www.cleanair.pima.gov/more/FourLayersSoil.html
Tran, K.-T., & Escrivá, I. (2008). Eureka!: Science and technology, secondary cycle one. Montréal: Graficor Chenelière Éducation.

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