Le Rôle De La Démarche Scientifique Dans L`Apprentissage

IUFM DE BOURGOGNE
Le Rôle De La Démarche
Scientifique Dans
L’Apprentissage
Ou Comment Favoriser L’Apprentissage pour
Chacun Par La Méthode Expérimentale.
Raphaël BOUILLET
Professeur certifié
Sciences Physiques
Collège Marcelle Pardé
Directeur de mémoire :
M. Michel MOREAU
Année 2004
N° 0263305B
Sommaire
1)
Introduction : le choix du sujet.
2)
Les apports attendus de l’introduction de la démarche
scientifique.
3)
…………………………………………… page 3
La mise en place de cette démarche dans le cours de
sciences physiques.
4)
…………………. page 1
……………………………… page 5
Bilan de la démarche :
A. Le ressenti des élèves
……………….. page 14
B. Ce que j’ai constaté. …………………….. page 17
i. Les apports positifs,
ii. Les difficultés et les écueils.
5) Conclusion.
………………………………………… page 25
Remerciements ……………………………………… page 26
Bibliographie ………………………………………… page 27
Annexes
1) Introduction : pourquoi ce choix de sujet ?
Actuellement, et depuis quelques temps déjà, les méthodes
« traditionnelles » d’apprentissage sont remises en cause : moins de « par
c œur », moins de cours dits magistraux ou encore frontaux ; en ce début de
millénaire Rabelais se rappelle à nous, « mieux vaut une tête bien faite qu’une
tête bien pleine. »
C’est donc une méthode d’apprentissage supposée plus profitable à l’élève
que l’Education Nationale souhaite diffuser, un apprentissage qui permettrait à
l’individu de mieux comprendre, de mieux apprendre…
Cette nouvelle volonté d’enseignement devait donc se trouver de
nouveaux outils, de nouveaux moyens, permettant d’aboutir aux objectifs fixés.
Elle les a trouvés dans les sciences : la démarche expérimentale, la démarche
scientifique d’investigation comme méthode pédagogique innovante, déjà mise
en place en école primaire, et de plus en plus en sciences physiques au niveau du
collège.
L’élève, placé au c œur du système éducatif, va également être placé au
c œur de son apprentissage, pour en devenir un acteur à part entière.
Susciter le questionnement, introduire autant que possible l’expérience dans le
cours, privilégier la démarche scientifique pour permettre aux élèves de
construire leur propre raisonnement logique, qui, d’une question posée, les
conduira jusqu’à la réponse : il s’agit bien d’un changement important de
méthode pédagogique.
Ce changement a d’abord pris la forme d’un plan d’expérimentation appelé
« la main à la pâte » et qui a conduit aujourd’hui à un enseignement renouvelé et
repensé des sciences en écoles maternelle et élémentaire.
Cette volonté d’amener l’élève à construire lui-même en partie son cours,
de le rendre davantage acteur qu’il ne l’était auparavant se traduit également
désormais dans les programmes du collège et notamment en sciences physiques
et chimiques :
« au travers de la démarche expérimentale, il [l’enseignement de physiquechimie] doit former les esprits à la rigueur, à la méthode scientifique, à la
critique et à l’honnêteté intellectuelle. Avec des sujets et des expériences
attractifs, il doit susciter la curiosité. »
« l’enseignement de physique-chimie doit permettre d’aider les élèves à
acquérir une certaine autonomie qui s’articule autour de deux axes : la
créativité et la responsabilité. »
(programmes de physique-chimie de 1997, actuellement en vigueur).
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C’est pourquoi, ayant choisi d’enseigner les sciences physiques, sciences
expérimentales par essence, et étant nommé cette année en collège, où la
démarche expérimentale peut aisément être mise en œuvre, j’ai été dès la
rentrée de septembre amené à réfléchir sur la façon de bâtir mes cours selon
cette « philosophie », en intégrant autant que possible une démarche
d’investigation.
Etant moi-même au départ assez convaincu du bien-fondé d’une telle
pratique des sciences, j’avais dans l’idée de traiter de cette manière le
maximum de séquences s’y prêtant. Avec les conseils de ma conseillère
pédagogique et les informations données lors des journées de formation, j’ai
ainsi essayé d’intégrer au mieux cette méthode.
Il m’a semblé intéressant d’en évaluer par la suite les effets sur
l’apprentissage de ma matière. J’ai donc profité de la rédaction d’un mémoire
pour approfondir, peut-être plus que je ne l’aurais fait sinon, les retombées
d’une telle pratique des sciences par rapport à un traitement plus classique.
Mon mémoire professionnel a donc été construit autour de ce thème et
porte sur l’introduction dans le cours de sciences physiques de la démarche
expérimentale et sur son utilisation en tant qu’outil facilitant l’apprentissage
pour les élèves.
§ Situation d’enseignement.
Il est important de préciser le cadre dans lequel se déroule mon année
de stage, notamment du point de vue du niveau et des effectifs, car la réussite
de la mise en œuvre d’une pédagogie d’investigation repose sans doute pour
beaucoup sur les conditions d’enseignement.
Je suis donc professeur stagiaire de sciences-physiques au collège
Marcelle Pardé de Dijon où j’ai en responsabilité trois groupes : deux de
quatrièmes et un de cinquièmes.
Le groupe de cinquièmes, d’un bon niveau général compte 16 élèves, dont
3 ont cependant de réelles difficultés. Tous sont actifs, intéressés et curieux
d’une matière qu’ils découvrent. Par ailleurs aucun ne pose de problème d’un
point de vue comportemental et l’ambiance est toujours très bonne et plutôt
calme, ce qui m’a d’autant facilité la gestion des moments de mise en activité
autonome.
Les groupes de quatrièmes comptent 15 et 17 élèves : l’un est d’un assez
bon niveau, relativement homogène, l’autre se montre faible, mais avec une tête
de classe de 4 élèves d’un bon, voir très bon niveau. L’ambiance générale de ces
groupes est bonne même si quelques élèves se montrent régulièrement agités.
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2) Les apports attendus de l’introduction de la
démarche expérimentale scientifique.
§ Pourquoi le besoin d’une nouvelle méthode pédagogique ?
D’abord la réforme Haby sur le collège unique, puis plus tard la volonté
ambitieuse d’amener 80% d’une classe d’âge au baccalauréat ont conduit
aujourd’hui à une hétérogénéité grandissante des classes. Hétérogénéité des
niveaux, mais aussi des comportements et des ambitions. Si celle-ci n’est pas
–encore ?- remise en cause, elle induit cependant une situation nouvelle : face à
de telles différences entre les élèves, le cours traditionnel ne peut rassembler,
prendre en compte son public dans sa totalité et laisse inévitablement de côté
tous ceux qu’il ne touche pas.
J’imagine que la qualité d’un enseignant, outre de proposer un cours luimême de qualité, passe aussi par sa capacité à rallier tous ses élèves à ce cours.
Mais devant une somme de personnes qui diffèrent les unes des autres, et pour
certaines en rupture totale avec le système traditionnel, cela semble une
mission bien difficile à tenir…
Un autre phénomène est apparu et qui nécessite de repenser
l’enseignement des sciences : le rejet de plus en plus flagrant des disciplines
scientifiques qui se traduit par la désaffection des filières scientifiques après
le lycée (et même après la troisième ?).
§ La proposition : la démarche d’investigation.
Pour pallier cette difficulté d’enseigner à un public hétérogène ainsi que
ce rejet des sciences nouvellement apparu, l’introduction de la démarche
d’investigation et de l’expérimentation dans l’enseignement scientifique a été
proposée.
« Malgré l’hétérogénéité des publics et des classes, la curiosité, le goût
de manipuler sont parmi les qualités les mieux partagées. La pratique des
sciences offre un moyen de combattre le rejet de l’école. Elle est source de
plus d’égalité et d’une meilleure insertion dans l’école et le monde ».
(La Main à la pâte, présenté par G. Charpak)
Ainsi depuis le plan d’expérimentation portant sur l’enseignement
scientifique, connu généralement sous le nom de « la main à la pâte » et lancé
par l’Education Nationale à la rentrée scolaire 1996, on tend de plus en plus
vers l’introduction dans les programmes de la démarche scientifique, et de
l’expérimentation notamment.
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« L’investigation signifie un changement profond de méthode
pédagogique, une rupture avec une pratique encore trop fréquente, celle de
l’enseignement dit « frontal » : le cours magistral où le professeur expose une
vérité structurée et indiscutable. Il est désormais reconnu préférable
d’impliquer les élèves dans le travail mené en classe et de les associer à la
construction du savoir. »
J.-P. Sarmant.
§ L’origine de ce renouveau.
A l’origine de cette réflexion initiée par une quinzaine de scientifiques et
pédagogues sur l’amélioration de la formation des élèves par l’enseignement
scientifique, une visite dans des écoles primaires de Chicago, aux Etats-Unis,
où des jeunes issus de milieux dits défavorisés suivaient un enseignement
différent de l’enseignement classique, un enseignement basé sur
l’expérimentation et leur permettant de s’investir différemment dans leur
apprentissage, le programme « Hands On ». Davantage impliqués dans
l’enseignement qui leur est dispensé, moins récepteurs et plus créateurs de leur
savoir qu’auparavant, tous à égalité devant l’expérience, ces jeunes se sont peu
à peu réappropriés l’école et tous ont retrouvé l’envie de progresser.
Aujourd’hui le programme « Inquiry » (investigation) est mis en œuvre
dans de nombreux états du pays. C’est cette évidente réussite qui a incité
l’Education Nationale à poursuivre sur la voie du renouveau des sciences et de
se tourner de plus en plus vers cette méthode innovante d’enseignement.
§ Les objectifs.
Les apports attendus de cette nouvelle méthode pédagogique sont donc
notamment :
une meilleure adhésion des élèves aux cours proposés,
un intérêt suscité par ceux-ci plus grand,
une assimilation facilitée des connaissances,
et plus généralement une rupture avec la tendance actuelle qui
consiste en un rejet des sciences, manifesté notamment en
troisième lors des choix d’orientation.
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3) La mise en place de la démarche d’investigation.
La démarche scientifique d’investigation s’insère facilement dans un
cours de sciences physiques, matière expérimentale par nature et se prêtant
bien par conséquent à une telle forme d’enseignement.
Le programme de Cinquième notamment, de par son contenu, permet
l’introduction d’une telle démarche. C’est ainsi avec mes élèves de cinquième que
j’ai mis en œuvre pour la première fois ce type de progression, en abordant le
chapitre concernant les changements d’états. C’est le début de cette partie de
cours que je vais présenter, traitant de la solidification et la fusion de l’eau
pure sous pression atmosphérique.
En quatrième, j’ai débuté par la partie du programme portant sur la
lumière, mais c’est avec la partie sur le courant électrique que j’ai le plus mis en
œuvre un cours à caractère expérimental, notamment pour parvenir à montrer
la conservation de l’intensité du courant électrique dans un circuit en série.
scientifique.
§ Une notion à clarifier : la notion même de démarche
Je définirais la démarche scientifique comme une progression
permettant de parvenir à l’acquisition d’une connaissance nouvelle, née le plus
souvent d’observations ou d’un questionnement, et expérimentalement
éprouvée.
Je ne crois pas les élèves de collège, et notamment les plus jeunes,
capables de conduire seuls et spontanément un tel raisonnement. Aussi m’a-t’il
semblé utile avant de démarrer les séquences d’aborder avec eux la notion de
démarche scientifique, afin que chacun ait bien conscience du processus
intellectuel qu’il allait mettre en œuvre.
Je crois en effet qu’au-delà de l’expérience (dont la finalité n’est
d’ailleurs pas entièrement saisie, on le verra), il est essentiel que les élèves se
représentent bien le processus logique qui conduit d’un questionnement initial à
une réponse via l’expérimentation.
Celui-ci doit ainsi apparaître comme un outil d’apprentissage, facilitant
une construction structurée du savoir, et qui peut être appliqué dans de
nombreuses matières s’y prêtant, bien au-delà des sciences physiques et
chimiques. Il est pour cela nécessaire qu’il soit compris des élèves et assimilé.
Or cette démarche peut parfaitement être suivie, à la demande du professeur,
mais perçue comme une succession d’étapes sans lien, dont l’intérêt n’est pas
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réellement saisi, ce qui annule le bénéfice d’une progression structurée et nuit
à un éventuel réinvestissement ultérieur.
« La juxtaposition de telles activités [décomposition en activités
élémentaires] risque fort d’éloigner l’élève d’une véritable démarche
scientifique. »
J.-P. Astolfi
Je me suis donc attaché à bien faire comprendre aux élèves le
cheminement qu’ils allaient emprunter pour qu’ils puissent se l’approprier et par
la suite le réutiliser, dans mon cours mais dans aussi dans d’autres situations
d’apprentissage. Pour cela nous avons décrit et discuté en détail la première
démarche expérimentale traitée en totalité, en insistant tout au long des
différentes étapes sur les buts de chacune et les liens qui existent entre elles.
- 5ème. J’imaginais que les élèves de cinquième arrivaient avec
encore peu d’idées claires concernant la démarche scientifique, bien que l’ayant
peut-être pratiquée à l’école primaire ; je leur ai donc demandé, avant de
discuter de cette notion, de me dire par écrit ce que cela évoquait pour eux :
« Qu’est-ce que pour vous la démarche scientifique ? »
Les réponses n’ont dans l’ensemble pu apporter d’explications claires et
correctes, mais toutes faisaient allusion à l’expérience et beaucoup à une sorte
de protocole expérimental lui étant lié. En voici quelques-unes unes,
représentatives :
En résumé pour l’ensemble de ces élèves, suivre une démarche
scientifique, c’est faire des sciences, c’est-à-dire manipuler, faire des
expériences, en respectant un certain plan, mais sans que celles-ci aient besoin
d’une quelconque motivation ou même d’un quelconque résultat : l’expérience
existe pour eux en tant que telle et ne s’intègre nullement dans une démarche
plus vaste.
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- 4ème. La démarche expérimentale était globalement connue par
mes élèves de quatrième, qui l’avaient déjà pratiquée l’année précédente : un
rapide recadrage a permis de clarifier le processus d’investigation et d’en
détacher clairement chacun des maillons.
Je pense qu’il est donc nécessaire d’expliciter le rôle et l’importance de
chacune des étapes qui composent la démarche scientifique d’investigation au
préalable de son application par les élèves, en vue de son réinvestissement. Un
des objectifs d’une telle démarche est en effet de fournir un support
structuré de raisonnement, afin de faciliter la construction mais aussi
l’assimilation des connaissances.
§ De
l’interrogation
questionnement et l’émission d’hypothèses.
à
l’expérience :
susciter
le
La première étape consiste donc à montrer aux élèves que cette
expérience est motivée, qu’elle s’insère dans une chaîne d’étapes, dont elle est
un maillon, et qui partant d’un questionnement conduit à une réponse, à une
explication. Notamment la nécessité de l’expérience naît d’une interrogation qui
ne peut trouver de réponse certaine avec nos seuls acquis où notre seule
logique, elle naît du besoin de valider une hypothèse.
La démarche expérimentale débute donc par une phase de
questionnement qui conduit à l’émission d’hypothèses.
- 5ème. Pour introduire ma séquence sur la solidification de l’eau
pure, j’ai donc choisi de confronter les élèves à une situation-problème : un
dessin d’un bonhomme prenant la température de l’eau contenue dans un bécher
et accompagné d’une affirmation « on refroidit de l’eau pure » (cf. annexe 1).
Je leur ai alors demandé de noter au brouillon toutes les questions que ce
dessin pouvait leur évoquer et de tenter d’y apporter des réponses.
Cette situation était sans doute trop vague, imprécise, et mon ambition
trop grande : les questions suscitées ont rarement été celles attendues,
notamment « Comment la température de l’eau varie t’elle ? ». Les élèves se
sont plutôt demandés quelle était la température de l’eau, ou bien pourquoi estce que la température baissait…
Mais en confrontant les idées de quelques-uns « Est-ce que l’eau va
geler ? » « Est-ce que la température de l’eau baisse ? » (cf. annexe 2) et avec
quelques orientations de ma part, nous avons cependant pu dégager ensemble la
question attendue, qui allait servir de support à notre démarche.
Suite à l’accord commun de traiter cette problématique, j’ai demandé aux
élèves d’y apporter oralement, à l’aide de leurs propres connaissances et de
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leur vécu, une réponse. Il est surprenant de constater à quel point ce type de
méthode est encore peu ancré dans notre enseignement qui a longtemps refusé
le droit à l’erreur : cela se traduit en effet par la surprise et l’hésitation des
élèves durant un instant à formuler des hypothèses quand on précise que nous
attendons d’eux qu’ils nous livrent ce qu’ils pensent être la vérité. D’ailleurs
beaucoup de ceux qui avaient formulé des questions par écrit n’ont pas proposé
les réponses associées –peut-être parce qu’ils ne possédaient pas ces réponses,
mais sans aucun doute aussi par peur d’inscrire une réponse incertaine-.
Après que quelques-uns se soient exprimés, un véritable échange s’est
instauré entre les élèves portant sur les diverses propositions et tous ont
finalement répondu que la température de l’eau allait baisser, sous-entendu de
façon constante même lors du changement d’état.
Il peut paraître inutile de poser une telle question puisque la réponse
donnée ne faisait aucun doute, les élèves de cinquième n’ayant pour la plupart
aucune connaissance sur les changements d’états ; mais il m’a paru au contraire
intéressant de faire formuler cette hypothèse puisque alors la démarche
expérimentale va prendre tout son sens en venant l’infirmer.
Leur expliquant que les réponses fournies par chacun étaient des
hypothèses qu’il faudrait maintenant vérifier par l’expérience, j’ai distribué
aux élèves une fiche retraçant la démarche, de l’objectif jusqu’à la conclusion,
et qu’ils auraient à compléter au fur et à mesure de leur progression dans leur
investigation (voir annexe 3), à l’instar d’un compte-rendu d’expérience.
- 4ème. Dans le cadre du paragraphe « Que peut-on dire de
l’intensité du courant électrique dans un circuit en série ? » et après avoir pris
connaissance lors de la séance précédente des représentations initiales (voir
annexe 5) qu’ils avaient sur le courant électrique, j’ai présenté aux élèves le
schéma suivant, accompagné d’une question :
+
-
« Comment se répartit l’intensité
courant électrique dans ce circuit ? »
« Que peut-on dire de l’intensité
courant en différents points de
circuit ? »
du
ou
du
ce
Ce choix parce que je m’étais aperçu que beaucoup avaient l’idée d’une
usure du courant en aval d’un dipôle, et que lorsque le circuit comprenait deux
lampes, certains s’imaginaient le courant partant des deux bornes de la pile
pour aller en sens antagonistes jusqu’à ces lampes.
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Deux hypothèses ont rapidement été proposées : « l’intensité est la
même partout » et « l’intensité diminue après les lampes ». Deux groupes se
sont alors spontanément formés pour défendre leur hypothèse, mais seul le
groupe pensant à une diminution de l’intensité a pu fournir un argument : « le
courant passe dans la lampe : il s’use et est donc moins fort après ce passage
dans la lampe ».
Il est intéressant de remarquer que cette phase est réellement une
phase où les élèves mobilisent leurs connaissances et font appel à un
raisonnement logique puisque face à cet argument convaincant beaucoup de
ceux qui avaient choisi le « camp » de l’unicité de l’intensité sans vraiment y
réfléchir se sont ralliés à l’autre groupe…
Le choix peut être fait d’aborder par écrit cette proposition
d’hypothèses. Le passage par l’écrit a l’avantage d’impliquer tous les élèves
individuellement et par conséquent de faire émerger davantage de
représentations initiales, dont certaines ne seraient sans doute pas évoquées
oralement. Cependant avec mes groupes de quatrième, qui font preuve d’un bon
dynamisme, le traitement oral de cette étape me permet de réduire le temps
qui lui est consacré tout en impliquant également l’ensemble de la classe. La
gestion en est toutefois bien sûr plus délicate. Bien que je traite le plus
souvent cette partie oralement, les hypothèses de chacun sont tout de même
inscrites sur les cahiers, afin que la structure de la démarche d’investigation
soit toujours bien apparente.
L’étape de questionnement et d’hypothèse est donc fondamentale car elle
suscite l’intérêt et encourage la confrontation des savoirs de chacun : elle doit
pour cela être suffisamment longue et ouverte, parfois recentrée…
Le choix de la situation de départ est également essentiel : de cette
situation dépendent la réactivité des élèves et, on le verra plus tard, la remise
en cause des connaissances initiales.
§ L’expérimentation, étape motivante et « égalisante ».
L’expérience est l’étape essentielle où les élèves confrontent leurs
hypothèses à la réalité physique : c’est à ce moment qu’ils sont réellement
actifs et que peuvent être remis en question leurs savoirs initiaux.
- 5ème. L’étape précédant immédiatement la phase expérimentale
consiste à élaborer des protocoles expérimentaux, ce que chacun a fait au
brouillon avant qu’un seul ne soit retenu pour l’ensemble du groupe et inscrit sur
la fiche distribuée. Cette formulation écrite pose quelques problèmes aux
élèves qui ont souvent beaucoup de difficultés à exprimer, d’abord oralement
leur pensée, et surtout à la retranscrire ensuite par écrit de façon claire.
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Là encore le choix peut-être fait d’un traitement oral, mais la production écrite
me semble importante, d’autant plus que les protocoles nécessitent le plus
souvent une schématisation.
Tous les outils étaient finalement mis en place pour pouvoir réaliser
l’expérience la séance suivante.
Au début de cette nouvelle séance la trame de la démarche
expérimentale est rappelée point par point par les élèves avant que ceux-ci ne
manipulent.
Je craignais alors un manque d’intérêt puisque pour tous le sujet était
finalement sans surprise, les hypothèses formulées étant à leurs yeux
évidemment valides et ne pouvant être remises en cause. Un premier point
positif de la démarche d’investigation est que l’expérience, aussi simple et
entendue soit-elle, apparaît très motivante : bien que convaincus que l’eau se
transformerait en glace et que la température baisserait constamment, tous
les élèves étaient curieux et attentifs. Ceci est en tout cas valable pour des
élèves de cinquième, et d’une façon un peu moins marquée pour les quatrièmes.
La manipulation est simple et consiste à préparer un mélange réfrigérant,
dans lequel va plonger un tube à essais contenant de l’eau pure dont on suivra
l’évolution de la température à l’aide d’une sonde thermométrique. Mais à ce
stade, tous les élèves s’investissent dans l’expérience : chacun a un rôle
(relever la température ou le temps) et a à c œur d’accomplir correctement sa
tâche.
Il est intéressant de noter qu’alors l’erreur est dédramatisée, les
relations au sein du groupe étant modifiées puisqu’il ne s’agit plus du rapport
groupe-classe/professeur mais de rapports élèves/élèves. Et l’impact d’une
« erreur de manipulation », c’est-à-dire d’ordre manuel, est moindre, ou en tout
cas ressenti différemment, de façon moins dévalorisante, que dans le cas d’une
erreur portant sur les connaissances ou le raisonnement. Ainsi tous sont
pareillement capables de relever la température ou le temps : face à
l‘expérience les disparités habituelles sont en partie gommées et tous sont à
égalité, tous sont actifs. Par conséquent chacun se permet de surveiller et de
corriger le travail de l’autre : le cours se construit aussi autour des échanges
entre les élèves.
De ce fait, là où une phrase de cours dictée aurait retenu seulement
l’attention de quelques-uns, l’expérience rassemble et mobilise l’ensemble de la
classe. Et là où l’expérience seule aurait été une phase mobilisatrice mais sans
plus d’intérêt, l’expérience précédée du questionnement individuel permet
davantage le débat et surtout l’investissement de chacun autour d’un but :
vérifier la validité de sa propre hypothèse.
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Je me suis ainsi aperçu durant cette manipulation que si mes élèves
travaillaient bien dans ce but de valider leur hypothèse, tous ne concevaient
pas cependant de devoir la remettre en cause si l’expérience ne se révélait pas
en accord. Ainsi l’un d’eux pensant que la température devait constamment
diminuer et observant le palier de température s’apprêtait à arrêter son
expérience. Lui ayant demandé ce qu’il allait faire, il m’a répondu qu’il « allait
jeter le mélange réfrigérant et en faire un autre », parce que celui-ci « ne
marchait plus, la température de l’eau restant à 0°C. » Ceci m’a donc permis de
revenir sur le rôle de l’expérience, et je suis intervenu auprès de la classe pour
préciser que tous devaient continuer, même si l’expérience invalidait
l’hypothèse…
- 4ème. L’élaboration de protocoles expérimentaux a été rapidement
achevée, le fonctionnement de l’ampèremètre et la mesure d’une intensité
ayant été vus précédemment, même si là encore la rédaction reste parfois
laborieuse.
La seule variante dans les protocoles a été d’utiliser un seul ampèremètre
à déplacer dans le circuit ou bien d’en utiliser trois, mesurant l’intensité du
courant avant, entre et après les lampes.
Un élève a toutefois suggéré d’observer l’éclat des deux lampes
(identiques) plutôt que d’utiliser le multimètre. Plutôt que d’imposer un
protocole commun choisi par le professeur, la démarche d’investigation fait
donc de la classe une force de proposition ce qui permet d’élargir bien souvent
le champ du cours. Dans ce cas précis, cette intervention m’a permis de
discuter avec l’ensemble du groupe de la validité d’une telle proposition dans le
cas où les lampes sont identiques, dans le cas où elles ne le sont pas, du lien
entre l’intensité du courant traversant une lampe et son éclat, etc.
Après l’élaboration des protocoles expérimentaux, la motivation liée à la
vérification expérimentale de l’hypothèse se manifeste par la volonté des
élèves de se lancer rapidement dans les mesures. Il convient même alors de
tempérer cette activité, en imposant une rigueur dans la réalisation des
montages et l’utilisation des appareils de mesure. Après que son montage ait
été vérifié, chaque groupe peut réaliser les mesures. Les élèves réinvestissent
alors les savoir-faire acquis précédemment : branchements, choix de calibres,
lecture de l’intensité.
L’expérience est encore ici motivante parce qu’elle va permettre à chacun
de mettre en évidence la validité de sa propre hypothèse… ce qui dans ce cas
précis n’est pas le cas pour la majorité !
L’étape d’expérimentation est l’étape centrale de la démarche
d’investigation : elle permet aux élèves d’éprouver leurs hypothèses et donc de
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valider la connaissance à acquérir. Elle est à l’origine de leur motivation et de
leur implication dans la phase initiale de proposition d’hypothèses ; elle est dans
le même temps elle-même motivée par l’enjeu de la validation d’une hypothèse
personnelle.
L’étape d’élaboration des protocoles est elle aussi une étape importante
de mise en activité de l’élève qui mobilise et réinvestit les savoir-faire
précédemment mis en place.
§ L’interprétation et la validation de l’hypothèse comme
conclusion au questionnement initial.
A la suite de l’expérience, durant laquelle chacun a noté ses observations,
vient la mise en commun et la discussion de ce que chacun a pu observer. Cette
phase est l’ultime étape de la démarche, celle ou suite au cheminement
expérimental l’élève parvient à la validation (ou non) de sa propre hypothèse et
donc à l’acquisition d’une connaissance nouvelle.
La formulation d’une conclusion par la classe ne pose en général pas de
problème lorsque l’expérience livre un résultat clair, qui ne nécessite pas
réellement d’interprétation. En revanche cela devient plus délicat lorsque ce
résultat doit être exploité pour que la réponse formulée soit complète et
constitue une réponse adaptée à la question de départ.
Il est également nécessaire d’intervenir pour guider le choix des termes.
J’ai en effet remarqué que beaucoup d’élèves ont des difficultés à exprimer de
façon claire et précise leurs idées, et que la mise par écrit s’avère elle aussi
délicate. C’est pourquoi même, si je laisse un temps de formulation libre,
j’oriente toujours finalement les propositions et retiens les termes choisis.
- 5ème. La phase d’interprétation pour les cinquièmes est guidée par
quelques questions inscrites sur la fiche (cf. annexe3) attirant leur attention
sur quelques points particuliers, comme par exemple le temps durant lequel
coexistent eau liquide et eau solide.
A l’issue de l’expérience j’ai organisé une discussion autour de ces
observations, où celles-ci, couplées aux acquis des cours précédents
(propriétés des différents états, définitions des changements d’états…), ont
permis de parvenir à la conclusion souhaitée. Ainsi la réponse spontanée
apportée par les élèves, « la température ne baisse pas tout le temps », est
évidemment insuffisamment précise. Après le dialogue engagé s’appuyant sur
les observations, les élèves ont pu la préciser : « la température reste
constante pendant toute la durée du changement d’état d’un corps pur, c’est-àdire tant que coexistent les deux formes .»
1122
Lors de l’étude de l’ébullition de l’eau qui a suivi, j’ai à nouveau mis en
œuvre une telle démarche expérimentale, mais en laissant beaucoup plus de
liberté aux élèves : ceux-ci n’étant plus guidés par une fiche détaillée à
compléter mais disposant seulement d’une fiche-méthode sur la rédaction d’un
compte-rendu leur rappelant les étapes du processus (cf. annexe 4).
Je me suis alors rendu compte que les élèves de cinquième ont besoin
d’une base minimum pour mener à bien leur investigation, car ils manquent de
discernement, c’est-à-dire qu’ils ne perçoivent pas bien ce qui peut
efficacement contribuer à leur recherche. Les observations, notamment si
elles ne sont pas guidées par des questions, rassemblent des remarques
essentielles comme d’autres inutiles car tout est noté : « au début il y a des
petites bulles en bas. A la 4ème minute. Puis les bulles montent. 5ème minute.
D’autres plus grosses se forment. Puis les bulles viennent de partout. Encore
plus grosses. Il y des énormes bulles à la 6ème minute… »
Si les hypothèses et les protocoles peuvent être librement proposés par
les élèves de cinquième, il me paraît donc le plus souvent utile d’orienter les
observations et de proposer des questions permettant l’interprétation des
phénomènes observés (sur fiche distribuée aux élèves par exemple).
- 4ème. A l’issue des séries de mesures effectuées, l’interprétation
des résultats est ici immédiate : l’unicité du courant dans un circuit en série
apparaît évidente. A la question « que peut-on dire de l’intensité du courant
électrique dans un circuit en série ? », tous les élèves répondent donc qu’elle
est identique en tous points avec autant de ferveur qu’ils déclaraient au début
qu’elle était différente partout. Cela traduit je crois leur satisfaction et leur
fierté d’être parvenu eux-mêmes à remettre en cause quelque chose qui leur
avait paru de prime abord évident et qui s’est avéré faux.
Quelques-uns contestent toutefois –sans grande conviction et plus, je
pense, pour ne pas accepter si vite cette remise en question- cette unicité de
l’intensité en s’appuyant sur les quelques dixièmes de milliampères d’écart entre
les valeurs mesurées. Cela m’a permis d’évoquer avec l’ensemble de la classe les
problèmes d’incertitudes liés aux appareils de mesure.
La phase d’interprétation, même si elle doit parfois être guidée, permet
aux élèves de tirer eux-mêmes les enseignements de l’expérience effectuée et
de formuler la phrase qui traduira la connaissance à retenir.
C’est une étape importante car elle apprend aux élèves à faire des
raisonnements logiques pour tirer des conclusions ; elle a également un rôle
dans l’apprentissage de la formulation des phrases puisqu’elle nécessite
d’utiliser correctement des structures comportant notamment des
conjonctions de coordination.
1133
4) Le bilan de la démarche.
a. Le ressenti des élèves.
L’élève est logiquement placé au centre du système éducatif et doit être
également placé au c œur de l’enseignement. L’application de cette démarche
d’investigation permet encore de renforcer cette place centrale puisque le
cours est alors élaboré pour, mais aussi dans une certaine mesure, avec et par
les élèves. Evidemment ceci n’est valable que si ceux-ci adhèrent à la méthode
et surtout s’ils en perçoivent eux-mêmes des bénéfices relatifs à leur
apprentissage…
Pour connaître la perception qu’avaient mes élèves de cette forme de
cours qui leur était présentée, pour savoir si cela leur apportait quelque chose
de positif, je leur ai proposé le questionnaire suivant :
Questionnaire
(nom
(facultatif) :
…………………………………………………………. )
Répondez aux questions suivantes en toute sincérité… !
Pensez-vous que par rapport à un cours plus
« traditionnel », un cours construit selon la démarche
scientifique :
¨
¨
facilite l’apprentissage des leçons
permet de mieux se souvenir des notions
abordées
¨
permet
abordées
¨
¨
de
mieux
comprendre
les
notions
permet d’être plus actif dans le cours
autre :
N.B. : je voudrais insister sur le fait que même si ce questionnaire semble orienté de façon
très positive en faveur de la démarche mise en place, les élèves ont été bien informés qu’il ne
s’agissait que d’avoir leur opinion, sincère, et qu’ils n’étaient en aucun cas obligés d’approuver
cette forme de cours et donc de cocher les propositions faites.
- Le cours construit selon une démarche scientifique permet
d’être plus actif en cours.
Oui 47%
Non 53%
Un peu moins de la moitié des élèves pense que cette forme
d’enseignement permet d’être plus actif en cours. Ce résultat peut paraître
surprenant car les élèves sont dans cette conception expérimentale du cours
davantage acteurs, la connaissance n’étant plus assénée mais construite.
1144
En fait sans doute n’ont-ils pas interprété le terme « actif » comme je
l’entendais, c’est-à-dire au sens de « participant », mais plutôt comme
synonyme d’expérience ou de manipulation. De ce point de vue, il ne se réfère
plus alors à la phase précédant l’expérience, phase de questionnement et
d’émission d’hypothèses, mais uniquement à la phase expérimentale. Or la
différence entre un cours de sciences plus « traditionnel », mais intégrant
tout de même une part importante d’expérimentation, et un cours bâti selon
une démarche d’investigation repose sur cette phase d’élaboration du
raisonnement qui précède l’expérimental.
S’ils sont donc amenés à davantage réfléchir, les élèves n’ont toutefois
pas la sensation d’être concrètement plus actifs.
- Le cours construit selon une démarche scientifique facilite
l’apprentissage ultérieur des leçons.
Oui 53%
Non 47%
Un peu plus de la moitié des élèves ressent une plus grande facilité à
apprendre un cours ainsi élaboré. La raison la plus généralement invoquée est la
« découpe » du cours : structuré, élaboré selon un processus d’investigation, il
apparaît sur le cahier comme le compte-rendu du cheminement intellectuel et
naturel effectué en classe. La leçon présente de ce fait une trame sans doute
plus accessible, permettant à l’élève de mieux associer les différentes phases
d’activité à la question initiale et à la conclusion à retenir (voir annexe 7).
- Le cours construit selon une démarche scientifique permet
une meilleure compréhension des notions abordées.
Oui 65%
Non 35%
Pour la même raison que celle évoquée ci-dessus, le meilleur
« découpage » du raisonnement, et également parce qu’ils se disent davantage
amenés à réfléchir, 65% des élèves trouvent facilitée la compréhension des
notions abordées ainsi présentées. La démarche scientifique proposée par le
professeur les implique dans le processus de construction de leur savoir, en les
obligeant de ce fait à s’investir davantage dans la notion étudiée :
l’appropriation en est d’autant facilitée.
1155
Il est intéressant de noter que, parmi les questionnaires non anonymes,
la plus grande part des élèves n’ayant pas coché cette case est d’un bon niveau
et ne présente pas de réels problèmes de compréhension, même dans le cadre
d’un cours plus « conventionnel » : pour la majorité des élèves qui ont plus de
difficultés, la démarche scientifique d’investigation permet donc de rendre plus
accessibles les notions étudiées, parce que leur permettant de faire le
raisonnement logique qui conduit à la connaissance nouvelle à acquérir,
raisonnement qu’ils ne pourraient sans doute faire seuls face à la notion
« frontalement » présentée.
La phase d’émission d’hypothèses est ainsi une phase essentielle à cette
compréhension. La situation-problème est posée et rapidement quelques
hypothèses émises : il y a alors un temps, qu’on pourrait qualifier
d’imprégnation, durant lequel les élèves moins habiles à raisonner et qui n’ont
pas été interpellés par la question se trouvent plus sollicités par les hypothèses
simplement formulées et débattues par leurs camarades. Finalement ils
participent activement à l’expérimentation qui suit quand une mise en activité
plus directe et rapide les aurait déroutés ou découragés et ne se contentent
plus d’attendre la phrase dictée par le professeur.
- Le cours construit selon une démarche scientifique permet
une meilleure mémorisation des notions abordées.
Oui 65%
Non 35%
Pour les élèves la plus grande facilité à se souvenir du cours est le plus
important bénéfice de la démarche expérimentale. L’explication qu’ils apportent
est la même que précédemment : le découpage du cours, l’investigation, menée
personnellement jusqu’au savoir. Les élèves s’approprient la construction de
leurs connaissances et il est donc beaucoup plus aisé de se les remémorer par la
suite.
En effet, ceux-ci disent avoir déjà réfléchi en cours et éprouvé leurs
hypothèses, ce qui leur permet de se souvenir facilement des notions vues.
Finalement, s’ils se souviennent davantage, c’est sans aucun doute qu’ils se sont
davantage investis dans le cours (et qu’ils ont à ce moment là compris la plupart
des notions traitées). La trame hypothèse / protocole / mesures, observations/
conclusion est également toujours conservée et écrite, ce qui structure
davantage le cours et facilite sa mémorisation. Nous verrons plus tard que
cette meilleure imprégnation du cours peut constituer d’une certaine manière
un effet « pervers » de la méthode pour les élèves.
1166
- Pour achever ce paragraphe sur le ressenti des élèves, voici
quelques remarques faites sous la rubrique « autres » et qui font une bonne
synthèse je crois du sentiment de la classe face à cette démarche scientifique
mise en œuvre :
b. Ce que j’ai constaté.
L’aboutissement de mon mémoire est l’évaluation des apports de
l’introduction dans un cours de sciences physiques de collège d’une démarche
scientifique d’investigation. J’ai donc tenté de cerner les avantages qu’apporte
une telle méthode par rapport à une méthode pédagogique plus
« traditionnelle ».
Mais il me faut préciser que je n’ai pas effectué de comparaison exacte
entre ces différentes approches d’enseignement, pour deux raisons :
- d’abord pour pouvoir établir une comparaison juste, il aurait fallu
appliquer les deux méthodes successivement aux mêmes élèves et sur un même
sujet. Or on ne peut évidemment percevoir les apports particuliers d’une
méthode si le sujet traité l’a préalablement été d’une autre façon, la
compétence nouvelle à acquérir étant alors acquise ou en voie de l’être.
- il aurait cependant été possible de pratiquer, sur un sujet donné,
d’une façon avec un groupe et d’une autre avec l’autre. Mais d’une part il existe
des différences entre ces deux groupes et d’autre part je me suis refusé à
procéder différemment avec une partie de mes élèves, certainement convaincu
que certains recevraient alors un cours de « moins bonne qualité ».
Par conséquent ma comparaison porte sur l’ensemble de mon cours et
s’appuie notamment sur des observations faites sur des parties se prêtant
idéalement à une présentation expérimentale et donc ainsi traitées, et sur
d’autres au contraire traitées de façon plus magistrale.
1177
§ Les apports positifs.
- Un enjeu motivant pour une meilleure implication.
Un cours bâti selon une démarche d’investigation a ceci de motivant que la
connaissance n’est pas livrée par le professeur, soit de façon totalement
magistrale, soit à l’issue d’un rapide échange entre quelques-uns mais qu’elle est
au contraire construite par l’élève et la classe tout entière avec l’aide du
professeur.
J’ai pu constater en présentant certaines notions de différentes façons
que, là où face à un cours magistral beaucoup se contentent d’attendre l’exposé
de la réponse, l’utilisation d’une situation-problème suivie d’une démarche
scientifique motive en effet les élèves par l’idée valorisante qu’ils sont capables
d’accéder eux-mêmes au savoir.
Que ce soit en cinquième ou en quatrième, tous participent de ce fait
activement et avec enthousiasme à l’émission d’hypothèses, dans le but
d’apporter la réponse qui s’avèrera être la bonne et qui sera retenue par
l’ensemble de la classe.
La phase de vérification expérimentale qui suit s’inscrit toujours dans ce
même objectif et l’intérêt et l’implication des élèves demeurent forts.
Finalement l’interprétation des résultats et l’élaboration d’une conclusion,
inscrite dans le cahier et qui constitue l’aboutissement du raisonnement,
apparaissent comme le dénouement de l’investigation menée, et j’ai souvent
perçu une sorte de fierté de la classe à y être parvenue. Et ce d’autant plus
quand l’hypothèse retenue par la majorité au départ s’avère fausse car les
élèves parviennent alors à remettre en cause eux-mêmes une de leur propre
représentation.
La démarche scientifique expérimentale suscite l’intérêt de chacun par la
place centrale qu’elle lui donne dans la recherche du savoir et le maintient tout
au long du raisonnement. L’implication du groupe dans le cours en est amplifiée.
- Une perception dédramatisée de l’erreur pour une plus
grande égalité entre les élèves.
Cette implication plus grande est valable pour tous ceux déjà
habituellement très actifs et dynamiques et qui adhèrent immédiatement à ce
type de cours. Elle l’est également pour ceux qui sont davantage réservés parce
que moins à l’aise dans la matière, plus en difficulté.
En effet le débat qui s’articule autour de la situation-problème n’a pour
but que la proposition d’hypothèses, susceptibles d’être fausses et devant être
1188
vérifiées par l’expérience. L’erreur est donc d’une certaine manière intégrée
dans le raisonnement scientifique et n’est en aucune façon sanctionnée. Cette
démarche dédramatise l’erreur, introduit un « droit de se tromper » et il
devient plus facile pour les élèves habituellement en retrait d’y prendre part,
notamment lorsque la discussion est déjà ouverte par des élèves dits
« moteurs ».
Ainsi en procédant selon une démarche expérimentale, je laisse un temps
suffisamment long et libre de « débat » pour l’émission d’hypothèses, en ayant
bien précisé (et je le précise à chaque fois) que rien, si ce n’est nos propres
connaissances et représentations, ne nous permet de détenir à ce moment la
vérité et que par conséquent l’erreur est possible et normale. Certaines de ces
hypothèses sont alors inévitablement remises en cause et chacun argumente
pour défendre son idée. A l’issue de ce débat je demande fréquemment à
quelques élèves plus timides de donner leur opinion quant aux propositions
faites, ce qu’ils font alors sans hésiter ayant eu le temps de s’imprégner des
notions déjà débattues et surtout parce que l’erreur est partagée par
l’ensemble de la classe.
Comme je l’ai déjà dit précédemment, la phase de manipulation contribue
également à effacer les inégalités existant au sein de la classe et à impliquer
le plus grand nombre puisque mettant en avant des savoir-faire et non plus des
connaissances « théoriques ».
Un cours bâti selon une démarche expérimentale scientifique intègre
l’erreur dans la construction des connaissances. Les élèves peuvent donc
s’investir dans le cours, sans la peur qui existe souvent chez eux de devoir
toujours, lorsqu’ils interviennent, livrer immédiatement au professeur (et à la
classe…) la bonne réponse.
- Une plus grande implication et une place « d’acteur » pour
une réflexion stimulée.
Liée à l’implication, la réflexion est nettement stimulée par une
démarche d’investigation. Le terme même d’investigation implique d’ailleurs une
réflexion logique, une déduction.
C’est donc à nouveau dès le départ, avec le questionnement et l’émission
d’hypothèses que les élèves sont amenés à proposer des réponses et à fournir
des arguments. L’élaboration des protocoles expérimentaux permet ensuite de
réfléchir sur les moyens qui vont permettre d’arriver à éprouver l’hypothèse
formulée et de réutiliser des savoir-faire. L’interprétation des résultats et
1199
des observations qui conduit à la conclusion nécessite encore une fois un
raisonnement logique de la part des élèves.
J’ai ainsi pu remarquer que les élèves se sentent réellement investis de
cette mission qu’est la construction du cours et font de réels efforts pour
justifier leurs affirmations.
Par l’implication plus grande des élèves sur laquelle elle est fondée la
démarche d’investigation encourage la réflexion des élèves
- Un questionnement initial et une émission libre
d’hypothèses pour une meilleure remise en cause des représentations
initiales.
Les représentations initiales des élèves sont des idées reçues communes
que ceux-ci ont intégré ou des connaissances construites empiriquement et qui
sont ancrées en eux. Il s’agit souvent de représentations très répandues,
partagées par un grand nombre de personnes. Elles sont pour la plupart très
persistantes…
Le départ d’une situation-problème permet de faire émerger ces
représentations initiales des élèves et de ce fait permet au professeur
d’orienter l’expérience pour mieux les remettre en question. Une évaluation
diagnostique peut aussi être conduite pour que soit ensuite proposée une
situation de départ ciblant bien les représentations initiales erronées.
Il convient de préciser ce que j’entends par « situation-problème », qui à
l’origine désigne une situation présentée aux élèves et devant susciter
l’étonnement et donc une interrogation. Je l’ai utilisé pour évoquer plus
largement une situation, qui ne suscite pas obligatoirement une interrogation et
qui l’intègre même parfois, mais qui nécessite toujours une certaine réflexion
pour son traitement. Par exemple le montage proposé en électricité et
accompagné d’une question (cf. précédemment) : le questionnement est
directement posé aux élèves qui doivent engager une démarche d’investigation
pour y répondre.
Ainsi lors cette étude de l’intensité du courant électrique dans un circuit
en série, j’ai débuté par un questionnement sur l’intensité en différents points
du circuit, m’étant auparavant aperçu que pour la plupart, le passage d’un dipôle
« affaiblissait » le courant dont l’intensité avait par conséquent diminué après
le dipôle. J’ai donc laissé chacun vérifier son hypothèse et réaliser
l’expérience. C’est lors de la phase d’interprétation des observations faites
-qui allaient évidemment à l’encontre des prédictions !- que j’ai pu revenir sur
2200
ces représentations erronées et insister sur l’unicité du courant dans un
circuit en série.
La non prise en compte de ces représentations au départ ne m’aurait sans
doute pas conduit à insister autant.
Mais ceci présente également un intérêt pour les élèves. Si je leur avais
demandé directement de vérifier expérimentalement que l’intensité était bien
identique partout, ils l’auraient fait, certes, mais ils auraient sans aucun doute
pour beaucoup conservé l’idée que malgré tout le passage d’un dipôle abaisse
l’intensité. Le fait de travailler avec sa propre idée, fausse, et de parvenir soimême à un résultat qui vient la contredire a une portée plus forte.
J’ai ainsi pu constater que le vocabulaire notamment, issu du langage
courant et souvent en contradiction avec le vocabulaire scientifique, qui ne
peut faire l’objet que d’une présentation magistrale demeure très présent
même après le cours. En cinquième les représentations communes associées
aux mots fumée, brouillard ou encore vapeur sont remises en cause par le
cours de sciences physiques. Lorsqu’une discussion porte sur ces mots, ou lors
d’un contrôle par exemple, les élèves savent aisément faire abstraction des
définitions habituelles associées pour les remplacer par celles vues en cours.
Mais lorsqu’ils sont employés dans un contexte plus libre, ils retrouvent très
rapidement leur sens commun… !
Les représentations initiales qui ont en revanche pu faire l’objet d’un
traitement expérimental, comme la baisse de la température lors d’un
changement d’état, sont beaucoup plus efficacement remises en cause.
Le travail d’expérimentation est conduit par l’élève, qui construit son
raisonnement avec ses propres connaissances : cette méthode remet
davantage en question les acquis des élèves.
§ Le « délicat » : difficultés et écueils.
Délicat car il ne s’agit pas vraiment de points négatifs induits par cette
conception plus scientifique du cours mais plutôt de points nécessitant une
attention ou un investissement particulier du professeur, notamment :
le temps consommé par une telle méthode d’enseignement,
la gestion en effectif important de la plus grande liberté
nécessairement accordée aux élèves,
2211
le soin nécessaire à accorder au choix de la situation-problème
qui doit être précise et bien faire émerger les représentations fausses
présentes chez les élèves.
- La première difficulté soulevée par l’introduction dans un cours
d’une démarche scientifique complète est le temps que cela prend
nécessairement. C’est notamment la phase consacrée à faire émerger
questionnement et hypothèses qui s’avère longue à conduire, soit parce que la
situation-problème de départ trop floue ne permet pas de dégager
l’interrogation voulue, soit parce que, au contraire, le débat suscité au sein de
la classe nécessite d’être recadré.
La tentation est donc grande de tronquer le processus et d’imposer dès
le départ la question et l’hypothèse à vérifier. Il me semble qu’on perd alors
tout le bénéfice sur l’apprentissage ultérieur de la séquence traitée puisqu’on
se ramène comme je l’ai dit précédemment à une simple expérience,
mobilisatrice mais dans laquelle les élèves ne retrouvent pas de but personnel.
Si cette conception expérimentale du cours implique nécessairement
davantage de débats et de discussions consommateurs de temps qu’un cours
« classique », il est toutefois possible, sans y renoncer, de jouer sur la gestion
orale ou écrite des phases d’émission d’hypothèses et de protocoles
expérimentaux pour en réduire la durée. Le traitement oral s’avère en effet
plus court à mener, mais je ne l’ai pratiqué qu’avec des effectifs réduits, ce qui
m’a permis de toujours impliquer l’ensemble du groupe. Cela demande également
d’orienter et de cadrer les discussions, tout en restant neutre afin que les
propositions traduisent bien les pensées réelles des élèves… En plus grand
nombre, le traitement écrit est sans doute plus efficace car concernant chacun
individuellement, mais nécessitant plus de temps… Je l’ai également pratiqué,
notamment quand les conceptions abordées dans le cours sont délicates et font
fréquemment l’objet de représentations erronées.
Selon les cas, il est donc possible de varier les types de traitements,
mais il me semble important que chaque étape de la démarche soit traduite sur
le cahier par une trace écrite.
- L’effectif peut également s’avérer être un obstacle à la mise en
place d’une démarche d’investigation. Une telle démarche implique en effet des
échanges entre élèves et entre le groupe classe et le professeur, et il est
d’autant moins aisé de gérer ces échanges qu’ils concernent un grand nombre de
personnes.
2222
La phase expérimentale nécessite également, pour être efficacement
cadrée, de travailler en effectif réduit. J’ai procédé là encore de deux façons
pour gérer la partie manipulation :
- en laissant une grande autonomie aux élèves durant l’expérience,
afin qu’ils mènent personnellement et jusqu’au bout leur propre investigation.
Cela suppose de passer tout de même vers chaque groupe individuellement, pour
vérifier que le travail est correctement compris et effectué, aussi que chaque
groupe avance à son rythme et qu’il faut prendre en compte les décalages
existant entre les binômes (en proposant d’approfondir le travail pour les plus
rapides, ou encore d’aider des groupes plus lents, etc.).
- en séquençant la manipulation et en imposant le rythme à
l’ensemble du groupe. J’ai par exemple, avec les quatrièmes, conduit une
manipulation sur l’additivité des tensions, en demandant aux élèves de réaliser
tous en même temps le montage, puis de faire tous les branchements du
voltmètre, puis de mesurer la tension aux bornes d’un dipôle, puis aux bornes
d’un autre, etc. Cela permet de prendre en compte le groupe dans son ensemble
et de s’assurer de la progression de tous, mais cela réduit également sans aucun
doute l’implication des élèves qui se reposent alors sur les indications données
par le professeur…
- Un autre des points délicats de cette pratique est le choix de la
situation de départ. Quelle que soit la forme qu’elle revêt, celle-ci doit être
capable de faire émerger un maximum des représentations initiales des élèves
concernant le sujet traité. Et de ce choix dépend beaucoup la remise en
question de ces idées. De ce choix dépend également le dynamisme de la
séquence.
Un moyen de proposer des situations-problèmes efficaces est de
rechercher, au préalable de la séquence, l’ensemble des représentations
initiales de la classe, au travers de différents cas choisis et traités
individuellement sur feuille. La connaissance des représentations erronées
permet alors ensuite de créer des situations d’introduction ciblées, qui sauront
faire émerger les représentations voulues.
Il me semble toutefois bien difficile de proposer aux élèves une
démarche expérimentale qui parviendra à gommer réellement leurs idées
fausses.
En quatrième, en électricité, la situation-problème que j’ai présentée
précédemment avait pour but de substituer l’unicité de l’intensité du courant
dans un circuit en série à l’idée d’usure du courant. J’avais donc choisi de
travailler avec deux lampes pour bien montrer que la lampe n’affaiblissait pas
2233
le courant après son passage, et prévu d’élargir cette situation au cas d’un
résistor.
Lors de l’évaluation de cette compétence dans un devoir (cf. annexe 6),
100% des élèves ont répondu que l‘intensité était la même après que le courant
ait traversé la lampe. 100% ont répondu que l’intensité était également la
même avant et après un résistor. Mais quand dans un exercice la formulation
était différente, avec une association de deux lampes de part et d’autre d’un
résistor et qui brillaient différemment (parce que non identiques), environ la
moitié a répondu que la seconde lampe brillait moins car située après le
résistor…
- Ce dernier point est relatif à la mémorisation des leçons par les
élèves. Il est important je crois de faire attention à ne pas donner l’impression
aux élèves que, parce qu’ils le font en cours de façon assez autonome, ils
sauront seuls répondre à n’importe quel problème nouveau se présentant à eux,
et qu’une telle approche du cours scientifique leur enlève le besoin d’apprendre
pour fixer les savoirs.
Le morcellement du cours, clairement structuré, apparaît comme un outil
permettant aux élèves de mener l’investigation jusqu’à la connaissance, et
ceux-ci y parviennent le plus souvent sans difficulté. Le problème est qu’ils se
disent qu’ayant bien compris la notion abordée puisqu’ils l’ont « découverte » de
façon autonome en classe, ils s’en souviendront de ce fait aisément : les élèves
ne ressentent plus toujours le besoin de reprendre attentivement leur leçon.
Si le cours présenté à la façon d’un compte-rendu d’expérience facilite
effectivement la mémorisation, il n’en reste pourtant pas moins nécessaire d’en
revoir et d’en apprendre les contenus.
2244
5) Conclusion.
Ce mémoire s’inscrit comme une étape d’observation d’une pratique mise
en place dès le début de l’année et dont je poursuivrai la mise en oeuvre dans
mes cours futurs.
Cette étude des apports de la démarche d’investigation sur les
apprentissages m’aura permis de me rendre compte davantage des réels
bénéfices sur l’enseignement des sciences : une adhésion plus grande et une
meilleure implication.
Cela m’a également permis de prendre du recul par rapport à mon
enseignement en collège et d’en saisir mieux les objectifs pédagogiques.
Il serait intéressant, au-delà de ce travail, de poursuivre l’étude des
apports à long terme de la pratique d’une démarche scientifique
d’investigation : les élèves ont-ils assimilé le processus de raisonnement,
sauront-ils s’en resservir, cela leur est-il apparu comme une méthode de travail
nouvelle à utiliser ? Notamment est-ce que cet outil mis en place au collège (et
d’une autre façon en école élémentaire) perdure jusqu’au lycée ?
Pour conclure j’évoquerai justement la difficulté de la pratique de cette
pédagogie en lycée. J’ai pu lors de mon stage en pratique accompagnée en lycée
prendre en charge pendant quelques temps une classe de terminale. Avec 35
élèves et un programme dense à traiter en un temps relativement restreint, il
me semble très délicat d’appliquer à ce niveau ce que j’ai pu mettre en place au
collège.
Il serait pourtant sans aucun doute souhaitable, pour la qualité de
l’enseignement et pour lutter contre la désaffection des filières scientifiques,
de rendre plus aisée l’élaboration de cours de sciences physiques à caractère
expérimental en lycée.
Il semble, d’après le rapport du groupe de relecture des programmes pour
le pôle des sciences récemment paru, que la tendance soit bien au
développement de la démarche d’investigation. Les conditions d’enseignement
compatibles avec une telle orientation ont été définies par M. Sarmant, IGEN
et vice-président du groupe de relecture, qui précise que les effectifs et la
densité des programmes doivent être adaptés à la mise en œuvre d’une telle
pédagogie d’investigation.
2255
Remerciements
Je tiens à remercier tout particulièrement mon directeur de mémoire,
Monsieur Michel Moreau, pour les conseils qu’il a pu m’apporter et pour sa
disponibilité.
Egalement Nicole Soufi, ma conseillère pédagogique, pour son aide
précieuse dans l’élaboration de mes séquences, pour ses conseils et sa
présence.
2266
Bibliographie
EXPERIMENTER sur les chemins de l’explication scientifique, J.-P. Astolfi,
Evelyne Cauzinilla-Marmiche, André Giordan. Privat, 1984.
La pluridisciplinarité dans les enseignements scientifiques : 2ème tome Place
de l’expérience, Actes de l’université d’été du 9 au 13 juillet 2001. ENS
Cachan. CRDP Basse-Normandie, Ministère de la Jeunesse, de l’Education et
de la Recherche, SCEREN mars 2003.
La main à la pâte, les sciences à l’école primaire, présenté par Georges
Charpak. Flammarion, 1996.
2277
Annexes
- Annexe 1 Situation-problème d’introduction à l’étude de la température de l’eau pure lors
de sa solidification.
- Annexe 2 –
Quelques questions suscitées par cette situation-problème, accompagnées des
hypothèses proposées.
- Annexe 3 –
Fiche distribuée aux élèves de cinquième lors de l’étude de la solidification de l’eau
pure.
« L’eau est partout. Quelques chiffres ? Notre « Terre », la mal nommée, est couverte pour plus des deux tiers par les mers. Quant à
notre corps, c’est entre 60 et 90% de ce précieux liquide. L’eau est partout mais pas n’importe comment : on dénombre 3 états.
Solide ? C’est de la glace. Liquide ? C’est… « de l’eau » ! Gaz ? de la vapeur. Quelques degrés suffisent pour passer de l’un à l’autre de
ces états. »
Science et vie junior, avril 98.
D’après ce texte, outre la pression, quelle grandeur est-elle responsable des changements d’états de l’eau ?
Nous allons donc étudier son évolution au cours d’un changement d’état, la solidification. Pour cela il faudra …………………………………..la .……
………………………………………… de l’eau. Comment feriez-vous ?………………………………………………………………………………… …………………………………………………………
Comment la température évolue t’elle lors de la solidification de l’eau pure ?
Hypothèses :
à quelle température pensez-vous que l’eau se solidifie ? ……………………………………………………………………………………………………………………….
pensez-vous que la température varie pendant que l’eau devient solide ? ……………………………………………………………………………………………
Objectifs de la manipulation : - vérifier et valider (ou non !!) vos hypothèses.
- tracer le graphique donnant l’évolution de la température lors de la solidification
1)
Protocole expérimental :
2) Schéma du dispositif :
Vous disposez d’eau liquide, d’un mélange réfrigérant, d’un pot en
verre, d’un tube à essais et d’un thermomètre. Proposez un
protocole vous permettant de suivre l’évolution de la température
au
cours
de
la
solidification
de
l’eau
pure :
……………………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………
3)
Manipulation / Observations et tableau de mesures.
Attendre les consignes du professeur avant de commencer la manipulation et la prise de mesures.
tableau de mesures à compléter :
Temps (min.)
Température (°C)
observations :
Quand apparaissent les premiers cristaux de glace ?………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Quelle est alors la température du contenu du tube à essais ?………………………………………………………………………………..
Que peut-on dire de la température tant qu’il reste de l’eau liquide dans le tube ?…………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Observez les parois du pot en verre. Que remarquez-vous ? …………………………………………………………………………………..
D’où cela provient-il ?……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
4)
Tracé de la courbe de solidification de l’eau pure.
Attendre les consignes du professeur concernant l’élaboration d’un graphique avant de commencer.
Tracer le graphique sur la page suivante du cahier.
Echelle : 1 carreau pour 1 minute en abscisses et 1 carreau pour 1 degré Celsius en ordonnées.
5)
Conclusion :
- Annexe 4 Fiche-méthode sur l’élaboration d’un compte-rendu d’expérience, distribuée aux
cinquièmes et aux quatrièmes.
Fiche méthode.
COMMENT REDIGER UN COMPTE-RENDU ?
Un compte-rendu d’expérience présente le ……………………………… de l’expérience,
les ……………………… faites lors de la manipulation et les …………………………… des résultats.
Il doit comporter :
1.
Un titre,
2.
Les objectifs de l’expérience réalisée,
3.
Un protocole expérimental, c’est-à-dire une description de la
manipulation effectuée et du matériel utilisé. Il peut être accompagné
de schémas.
4.
Un tableau de mesures, présentant les résultats, et accompagné
d’observations,
5.
Une conclusion dans laquelle les résultats et les observations sont
interprétés.
- Annexe 5 Représentations initiales des élèves de quatrième sur le courant électrique dans
un circuit en série. Evaluation diagnostique.
courants antagonistes
usure du courant
représentation correcte
- Annexe 6 Devoir surveillé de quatrième sur l’intensité du courant électrique.
DEVOIR N°4
4ème
Sciences physiques et chimiques
Les réponses doivent être rédigées : phrases claires et correctement construites… attention à
l’orthographe !
Exercice A
I1
I2
I4
I3
1) Compléter le schéma en ajoutant le symbole de la pile
électrique qui permet la circulation du courant dans le circuit (indiquer les
bornes).
2) A l’aide d’un multimètre on mesure I2 = 153 mA.
a. Sur quel mode (fonction) doit-on placer le sélecteur du
multimètre pour mesurer cette intensité ?
b. Quel est alors le symbole de l’appareil ?
c. Reproduire le schéma du circuit en y insérant le multimètre permettant la mesure de
I2 (symbole complet).
Préciser le mode de branchement dans le circuit.
d. Dans quel cas un signe – précède-t’il la valeur de l’intensité lue sur le multimètre ? A
quoi est-il dû ?
e. Ce multimètre possède 5 calibres pour la mesure d’intensité : 10A, 2000mA, 200mA,
20mA, 2mA.
¬ Définir le rôle du calibre.
¬ Lequel doit-on utiliser pour effectuer la mesure de I2 ? Justifier.
f. Que valent I1, I3 et I4 ? Justifier.
g. On ajoute un second résistor dans le circuit.
¬ Que peut-on dire des valeurs des intensités I1, I2, I3, I4 ?
¬ La position de ce résistor a-t-elle une importance ?
Exercice C
+
-
Aline et Olivier ont réalisé le montage
schématisé ci-contre :
L1 brille plus que L2.
L1
L2
Aline dit à Olivier que les lampes utilisées sont identiques, Olivier lui affirme que
non ! Qui a raison ? Pourquoi ?
- Annexe 7 Traces écrites sur un cahier d’élève.
Le rôle de la démarche scientifique dans l’apprentissage
Ou comment favoriser l’apprentissage pour chacun par la méthode
expérimentale.
Résumé :
Pour lutter contre le rejet des sciences et afin d’offrir un enseignement
plus profitable à l’élève, la démarche d’investigation est de plus en plus
proposée.
Après la description de la mise en place dans mon cours de sciences
physiques, en collège, de cette méthode pédagogique, j’en décris les apports
observés : une meilleure adhésion et une meilleure implication des élèves, pour
qui la compréhension et l’assimilation des connaissances exposées sont
facilitées.
Mots-clés :
investigation / expérimental / démarche / implication / motivation.
Etablissement en responsabilité :
Collège Marcelle Pardé (Dijon)
Classes de 5ème et 4ème