Quelle(s) éducation(s) scientifique(s) à l'école primaire ?

1. Des liens entre recherche et enseignement...

Exemple des revues ASTER (1985-2009), DIDASKALIA (1993-2009) et RDST (2010-2012).
Retour sur les fondements idéologiques des possibles liens entre recherche et enseignement (d'après Astolfi, 1985, p.2-3) :

Catégorisation des recherches en didactique des sciences (Astolfi, 1985)

ASTOLFI J.-P.(1985). Le nouvel "ASTER".
n° 1, Apprendre les sciences. p. 1-4.

Cette nouvelle revue Aster résulte de la transformation du bulletin interne aux équipes de didactique des sciences expérimentales de l'INRP. Elle vise à fournir aux enseignants engagés dans des innovations ou des actions de formation - ou simplement soucieux de repenser leur pratique - des outils didactiques utiles. Elle se propose d'éviter le cloisonnement trop étanche entre une perspective d'analyse scientifique et des préoccupations d'utilité professionnelle, cloisonnement qui menace constamment la didactique. [...]

Il serait faux de croire que les enseignants associés à la recherche ne sont sensibles qu'à une visée utilitariste; Plus souvent qu'on ne le dit, ils souffrent au contraire d'un enfermement dans lequel les confine la pratique, et apprécient la possibilité que leur offre la recherche d'un détour, d'une distanciation, d'une auto-observation critique. Inversement, les chercheurs ne sont pas toujours mus seulement par le réperage d'invariants didactiques. Il arrive qu'ils participent légitimement d'un projet de transformation auquel ils adhèrent, même s'ils y contribuent de façon plus indirecte qu'effective. En d'autres termes, le découpe partique/recherche me parait oblique par rapport à la découpe enseignants/chercheurs, et, de plus, celle ci peut varier dans le temps pour chaque acteur.

Articles sur ASTER, recherche par mots clés ou ASTER, recherche par titre, ou DIDASKALIA

2. Etude d’une question de recherche sur l'enseignement des sciences à l'école maternelle

Exercice : A partir d'un article de vulgarisation des travaux de C. Ledrapier (2010) (Les sciences dès la maternelle, Fenêtres sur cours n°346, novembre 2010, p.61) et d'une séquence vidéo de l'auteur : « Une éducation scientifique dès l’école maternelle : Quels enjeux ? Quelles pratiques ? », on tente d’appliquer une grille de lecture de cette recherche en sciences de l’éducation :

Quelles relations entre les sciences et les "activités scientifiques" menés à l'école maternelle ? les élèves de maternelle ont-ils acquis un développement cognitif suffisant pour "faire des sciences" ? les recherches en psychologie cognitive ont mis en évidence chez les jeunes enfants des compétences restées longtemps ignorées, notamment par la théorie piagetienne. Ces compétences s'évèrent-elles suffisantes pour tenter dès l'école maternelle une éducation scientifique ? Une recherche en didactique a montré que oui, si on entend par là développer des postures heuristiques, modéliser et problématiser. Toutefois une enquête récente montre que sur le terrain, les pratiques effectives et les propostionq didactiques issues de la recherche pose la question de la place de la recherche dans la formation des enseignants.

Grille de lecture d'un article de recherche European researchers in didactics of biology (ERIDOB 2012) - European Science Education Research Association (ESERA 2011) - Journal of Science Communication (JCOM 2012)
Question de recherche	Research question
Fondements théoriques et philosophiques de la recheche	Rationale and theoretical background
Méthode d'investigation et d'analyse des données	Design, methods and data analysis
Résultats en relation avec les données et la question de recherche	Findings
Implications théoriques et socio-professionnelles, limites de la recherche	Contribution to the field, General interests
Références bibliographiques	Bibliography
Vos impressions sur les présupposés, l'originalité, la méthodologie, la structure du texte,...	Referee report

C. Ledrapier discute la notion piagétienne de stades de développement chez l'enfant, en rapport avec la démarche d'investigation scientifique.

	Développement langagier	Développement cognitif	Développement social et affectif	Développement sensoriel et moteur
2-3 ans	Modifie ses demandes selon l'interlocuteur. Produit 200 à 300 mots. Comprend les demandes directes et les demandes indirectes.	Identifie les objets par l'usage, prend en compte le point de vue d'autrui (oriente un objet pour qu'un adulte le voit).	Attachements multiples. Se reconnaît dans un miroir. Jeux symboliques.	Monte et descend les escaliers, saute à pieds joints. Tourne les pages d'un livre, coupe avec des ciseaux.
3-4 ans	Extension du vocabulaire et phrases courtes. Peut suivre une conversation, comprend des promesses, s'amuse des jeux de langage.	Acquisition de concepts d'espace, de temps, de quantité. Utilise les principes du comptage.	Identifie plusieurs parties du corps. Attend son tour. Aime aider les autres. Critique autrui.	Court avec aisance, tape du pied dans un ballon. Fait du tricycle.
4-5 ans	Produit des demandes indirectes et des justifications. Comprend le comparatif, l'identité et la différence.	Est attentif à sa performance, capable de classification et de sériation.	Comprend l'état mental d'autrui. Joue à des jeux de compétition. Stabilité du genre (se reconnaît comme garçon ou fille).	Monte à une échelle, marche en arrière. Tient un papier d'une main en écrivant de l'autre.
5-6 ans	Produit des énoncés de 5-6 mots, répond au téléphone. Début de lecture logographique. Identifie des rimes, comprend environ 2500 mots.	Début de la conservation (comprend que la grandeur d'une collection d'éléments reste la même quelle que soit la manière dont elle est présentée). Dessine un bonhomme, écrit son prénom.	Sait se contrôler. Choisit ses amis. Négocie avec l'adulte.	Fait du vélo sans roulettes, lace ses chaussures.
7-11 ans	Utilise la forme passive, produit des inférences, apprend à lire. Comprend les sarcasmes et les métaphores.	Opérations concrètes, logique du nombre. Morale pré-conventionnelle : les conséquences des actions (exemple : punition), en déterminent la valeur morale.	Identité de genre (conformité à des référents culturelles) et ségrégation sexuelle. Différencie réel et virtuel.	Début de la puberté, poussée de croissance. Développement des activités physiques et sportives.
Et après...	Poursuite du développement lexical et sémantique (vocabulaire technique) en compréhension et en production, développement de la production écrite, de la lecture-compréhension, des capacités argumentatives.	Pensée hypothético-déductive, morale conventionnelle, capacité à se référer à des principes généraux plutôt qu'à des opinions particulières, relativisme des jugements.	Évolutions de l'estime de soi. Relations amoureuses, puis de couple. Responsabilité pénale (13 ans). Évolution des relations parents/enfants et des rôles sociaux. Orientation scolaire et choix professionnels.	Fin de la puberté : 14-15 ans pour les filles ; 16-17 ans pour les garçons.

Tableau proposé par Urgelli (2012), d'après Le développement de l’enfant, site Eduscol
[…] Les travaux plus récents ont montré toutefois que le développement est irrégulier, non linéaire, qu'il comporte aussi des stagnations, voire des régressions, et la notion de stade de développement a été remise en cause. Des capacités nombreuses et complexes ont été mises en évidence chez les bébés, dans la manière dont ils appréhendent le monde physique et le monde psychologique, grâce à de nouvelles méthodes d'investigation. Le développement ne va pas non plus systématiquement du concret vers l'abstrait et il existe des décalages selon les types de problèmes que les enfants ont à résoudre : la variabilité, interindividuelle et intra-individuelle, est une caractéristique fondamentale du développement, et l'enfant doit non seulement construire de nouvelles stratégies d'apprentissage, mais aussi inhiber des stratégies antérieures […]

3. Tentatives de catégorisation des recherches sur l’enseignement des sciences à l’école primaire

Sur le site ASTER recherche par mots clés, avec les mots clés « primaire », mais également avec d'autres mots qui évoquent les représentations et les pratiques d'enseignement des sciences, les enjeux et les théories d'apprentissage, et la nature des sciences (voir ci-contre), on met en évidence des recherches qui interrogent :

• les recommandations officielles (politique éducative) ;
• les représentations des élèves et/ou des enseignants sur : les rapports aux connaissances, sur le rapport à l’investigation, sur le rapport au réel (notamment dans les expérimentations et les modélisations), sur le rapport à la mission éducative, sur le contrat didactique....
• les pratiques en rapport avec les enjeux d’apprentissage des sciences.

16 articles sélectionnés par et pour les étudiantes de Master 1
sur ASTER Archives
(En rouge, articles complémentaires recommandés dans un second temps par le formateur...)

Titre de l'article	Numéro	Résumé
BAILET, André ; CLAVEL, Françoise ; MAGLIONE, Anne Sortir de la classe pour enrichir les savoirs sur l'environnement p. 153-176	Aster N° 9, 1989 Les sciences hors de l'école	Peut-on choisir l'espace extérieur pour instruire les élèves? Des enseignants de collège, ayant souvent emmené leurs élèves " en sortie " tentent une réflexion sur ce sujet. Hors de l'école, les problèmes rencontrés sont complexes, les réalités diverses et les gens différents. On peut voir, entendre, toucher dans une approche sensible du milieu. Les apprentissages s'organisent autrement que dans le cadre scolaire, mettant en jeu chez tous les participants des aptitudes diversifiées dans un contexte où les disciplines sont amenées à fonctionner en se coordonnant. Immergés dans ce " vivre autre chose ", les élèves vont rencontrer un certain nombre de situations qui sur le terrain puis dans l'exploitation en classe, leur permettront entre autres, d'apprendre en sciences
PIERRARD, Marie-Anne Modélisation et astronomie p. 91-102	ASTER N° 7, 1988 Modèles et modélisation	L'astronomie est un domaine privilégié pour la modélisation. A quel type de modèles les enfants de l'école élémentaire peuvent-ils parvenir? Une série d'activités dans des classes de Cours Moyen, dont les auteurs présentent ici quelques éléments d'analyse, est l'occasion d'évaluer en quoi et jusqu'à quel point les enfants sont parvenus à modéliser
GOHAU, Gabriel Difficultés d'une pédagogie de la découverte dans l'enseignement des sciences p. 49-69	ASTER N° 5, 1987 Didactique et histoire des sciences	La méthode pédagogique qui cherche à retrouver le cheminement de la découverte scientifique a été mise en oeuvre sous l'appellation " méthode de la redécouverte ". L'analyse du rôle des expériences faites en classe montre comment cette méthode inductive peut se révéler tout aussi dogmatique que la méthode expositive. Une véritable redécouverte exigerait que les élèves soient mis en situation de recherche, d'initiative, de tâtonnement, qu'un vrai dialogue s'instaure pour faire apparaître les représentations des élèves. Pour mettre en oeuvre cette vraie pédagogie de la redécouverte, la formation des enseignants devrait être complétée par une initiation à l'histoire des obstacles épistémologiques et exigerait aussi une formation de chercheur
GOUANELLE, Colette ; SCHNEEBERGER, Patricia Enseigner les fossiles à l'école élémentaire p. 81-107	ASTER N° 21, 1995 Enseignement de la géologie	Au cycle 3 de l'école élémentaire (enfants de 9 à 11 ans), les programmes prévoient l'étude des traces de l'histoire des êtres vivants, les fossiles. Les réponses collectées en interrogeant des élèves de ce niveau sur la nature, l'âge et Information des fossiles font apparaître des représentations qui souvent font obstacle à la compréhension des principes de la paléontologie. L'histoire de la géologie révèle des similitudes entre les représentations des enfants et certaines théories explicatives concernant les fossiles. L'analyse des obstacles qu'il a fallu franchir pour que les idées sur les fossiles évoluent peut aider à mieux cerner les difficultés que rencontrent les enfants dans la construction du concept de fossile. Après avoir défini les objectifs-obstacles, nous présenterons quelques situations susceptibles défaire évoluer les représentations des enfants sur les fossiles et l'histoire des êtres vivants. Par ailleurs, de nombreux enseignants négligent cette partie du programme alors que les enfants sont très intéressés par ces questions. Pour encourager les instituteurs à enseigner l'histoire des êtres vivants, nous proposons aussi bien en formation initiale qu'en formation continue un module consacré à l'enseignement/apprentissage du concept de fossile. Nous présenterons ce module en précisant comment û est conduit par les formateurs et comment il est perçu par les formés.
CRÉPIN-OBERT Patricia Idées et raisons sur les coquilles fossiles : étude épistémologique comparée entre une situation de débat à l’école primaire et une controverse historique p. 93-120	RDST N°1, 2010 Opinions et savoirs	Des problèmes et des obstacles communs sont liés aux premiers apprentissages scolaires de la paléontologie et à la naissance de cette discipline. Le choix opéré des intéractions langagières dans deux types de communautés discursives - situation de débat en CM1 et controverse historique - définit des temps privilégiés de désaccord où des constructions de problèmes et un obstacle épistémologique, l'artificialisme, se rencontrent.Leurs interactions peuvent être doubles, la problématisation est est favorisée ou freinée par l'obstacle. En CM1, l'obstacle artificialiste a pu être moteur d'argumentation, de questionnement et de construction de raisons. En histoire des sciences, il a pu participer à bloquer le questionnement jusqu'au XVIIe siècle en France. Puis son identification a participé à l'ouverture de nouveaux problèmes paléontologiques et d'échanges constructifs du point de vue d'une démarche scientifique heuristique et argumentative par Voltaire et Guettard au XVIIIe siècle.
ALLAIN, Jean-Charles Un dispositif didactique utilisant des images pour faire évoluer les conceptions des élèves de dix ans sur les séismes p. 109-135	ASTER N° 21, 1995 Enseignement de la géologie	Cet article présente un dispositif conçu autour d'une sélection d'images et d'activités variées sur ces images. Les conceptions des élèves de neuf-dix ans sont évaluées tout au long de cette progression pour tenter de montrer que les images sont une aide à la schématisation, une aide pour franchir certains obstacles et qu'elles participent à la construction des concepts.
GOUANELLE, Colette ; SCHNEEBERGER, Patricia Utilisation de schémas dans l'apprentissage de la biologie à l'école : la reproduction humaine p. 57-86	ASTER N° 22, 1996 Images et activités scientifiques	Dans le cadre d'une recherche de l'INRP, intitulée Des images pour apprendre les sciences, les auteurs se sont intéressés aux situations didactiques au cours desquelles des élèves sont placés face à des images et ont conduit des observations dans des classes de CM1 et CM2 (enfants de 9 à 11 ans). Ils utilisent ici les résultats obtenus dans une classe de CM1 lors de l'étude de la reproduction humaine. Partant du principe que tout apprentissage conceptuel doit se traduire par une évolution favorable des conceptions des élèves, ils ont mis en place un dispositif permettant de suivre pas à pas les progrès des élèves pour savoir si les tâches réalisées autour des images les aident à mieux comprendre les phénomènes étudiés. Ils se sont attachés, en particulier, aux tâches qui consistent à lire et à élaborer différents schémas et ont essayé d'évaluer leur efficacité. Les activités proposées aux élèves avaient également pour but de développer leur capacité à schématiser et les auteurs ont essayé d'évaluer les progrès effectués dans ce domaine
DROUIN, Anne-Marie Des images et des sciences p. 1-32	Aster N° 4, 1987 Communiquer les sciences	Les sciences, tant dans leur présentation vulgarisée que dans leur transmission entre pairs ou leur phase d'élaboration, utilisent largement des images. L'enseignement des sciences - comme la plupart des enseignements - fait appel à des schémas explicatifs, des diagrammes et courbes, qui illustrent les manuels ou que les élèves sont incités à construire. Aborder le rôle des images dans les sciences n'exclut pas une approche de l'image pour elle-même. En effet, les règles du codage et du décodage, le rapport entre le conceptuel et le figuré, le pouvoir et les limites de la schématisation, la distance contrôlée entre le réel et son image photographiée, ou dessinée, tout cela existe et s'analyse, quel qu'en soit le "contenu". Il reste que pour les sciences, en train de se faire, ou exposant leurs résultats, les images jouent des rôles divers et importants, contradictoires parfois, mais nécessaires, et dont il serait bon de faire apparaître le rôle spécifique.
ARCA, Maria La représentation scientifique de la réalité : expérience et expérimentation à l'école primaire p. 191-218	Aster N° 28, 1999 L'expérimental dans la classe	Avant même d'envisager la précision de la réalisation ou des résultats, il est méthodologiquement important de s'interroger sur la signification conceptuelle des expérimentations. Si certaines d'entre elles permettent de recueillir des données sur une réalité qui, au niveau expérimental, est en train de prendre forme, d'autres représentent (de manière déformée, schématique et analogique) des aspects particuliers de la réalité. À l'école, les expérimentations ont généralement une existence autonome et peuvent être exécutées correctement même si elles ne sont pas conceptuellement rapportées à la complexité des phénomènes qu'elles devraient interpréter. Savoir procéder à ces expérimentations est certainement utile mais la connaissance consciente de ce que l'on voudrait montrer ou démontrer ne va pas automatiquement de soi. Il est donc nécessaire de développer, parallèlement, tout un éventail de stratégies cognitives permettant d'établir une relation cohérente entre les faits et leurs explications. Dès l'école primaire, il est possible de développer des activités de modélisation abstraite à partir d'évidences quotidiennes, en valorisant souvenirs et associations, déductions et inductions issus de l'expérience des enfants. Même les modèles les moins raffinés, dans la mesure ou ils sont élaborés de manière cohérente par les enfants, peuvent constituer une trame de références conceptuelles susceptibles de soutenir et de donner une signification même aux activités expérimentales les plus complexes.
MERLE, Hélène Comment aider à modéliser le ciel et la terre p. 37-70	ASTER N° 31, 2000 Les sciences de 2 à 10 ans	Cet article présente deux activités de modélisation conduites en cours moyen en France, avec des élèves âgés de 9 à 11 ans. Il s'agit pour les enfants de s'approprier le modèle d'une Terre en rotation sur elle-même et en révolution autour du Soleil sur un axe incliné. Nous montrons comment, grâce à des manipulations nombreuses et variées, ces jeunes élèves se montrent capables d'une modélisation authentique qui s'accompagne d'une élaboration conceptuelle.
SAUVAGEOT-SKIBINE, Marie Une situation-problème en géologie: un détour de l'anecdotique au scientifique p. 137-160	ASTER N° 21, 1995 Enseignement de la géologie	Si "faire des sciences" consiste à résoudre des problèmes scientifiques, il convient de se demander : qui pose le problème ? Il semble que seul celui qui connaît la réponse puisse poser correctement un problème scientifique, et ce ne peut être alors que l'enseignant. Mais dans ce cas, cela risque de rester "son" problème. Si l'élève pose, pour sa part, une question qui l'intéresse, un problème pour lui, il peut le résoudre et rester à un niveau fonctionnel, sans que soit envisagé un problème scientifique. C'est ce double écueil que tentent d'éviter les situations-problèmes, telles que nous les avons testées, et dont nous détaillerons ici un exemple, en géologie. Nous analyserons cet essai, à l'aide d'une grille de critères établie au cours d'une de nos recherches à l'INRP.
BOILEVIN, Jean-Marie Enseigner la physique par situation problème ou par problème ouvert p. 13-37	ASTER N° 40, 2005 Problème et problématisation	La littérature pédagogique française utilise fréquemment depuis quelques années les expressions situation-problème ou problème ouvert dans le domaine de l'enseignement de la physique. Pour justifier cette utilisation. l'intérêt didactique des problèmes est souvent mis en avant, la relation entretenue entre problème et apprentissage de la physique apparaissant essentielle. Mais la signification même des expressions utilisées pour convoquer le problème de physique ne semble pas stabilisée. N'y a-t-il pas alors un risque que des malentendus surgissent et que des divergences sur les questions d'enseignement-apprentissage naissent de l'utilisation de termes divers (problème, situation-problème, problème ouvert, problématisation) sans qu'un travail sur le sens n'ait été accompli ? Nous proposons dans cet article d'analyser plus précisément deux types d'activités rencontrées dans l'enseignement de la physique en France et qui ont fait l'objet de réflexions théoriques et de tentatives de validation par certains chercheurs en didactique : la situation-problème et l'activité de résolution de problème ouvert. La comparaison d'un point de vue épistémologique, psychologique et didactique de ces deux outils amène à interroger notamment la nature et la place du problème dans l'apprentissage de la physique.
DELL'ANGELO-SAUVAGE, Michèle ; COQUIDE, Maryline Connaissance de son corps par la rencontre avec l'animal chez le jeune élève p. 37-55	ASTER N° 42, 2006 Le corps humain dans l'éducation scientifique	Nous discutons les potentialités que représentent les rencontres de l’enfant avec l’animal dans la découverte de son propre corps et des caractéristiques anatomiques du corps humain en général, dans l’approche des fonctions de nutrition, de reproduction et de relation, et aussi pour appréhender son individualisation et sa finitude. Quelle place est accordée à ces rencontres dans les curriculums tant prescrits, que potentiels ou réels en CM2 ? Qu’en résulte-t-il sur les réponses d’élèves à propos des grandes fonctions physiologiques ? Dans le cadre d’une thèse en cours, nous avons suivi les pratiques scolaires effectives d’enseignement sur le corps humain de quatre classes de CM2 et des entretiens semi directifs ont été menés auprès de vingt-cinq élèves. Dans cette étude, nous constatons que les rencontres avec l’animal lors des activités scolaires observées ont été restreintes et nous avançons des hypothèses sur les difficultés éventuelles rencontrées. Nous analysons des extraits de discours relatifs à la digestion, à la respiration et à la reproduction, d’élèves face à des animaux.
MÉNARD, Isabelle ; PINEAU, Isabelle La respiration humaine au cycle 3 : problèmes construits et registres explicatifs mobilisés par les élèves dans le débat scientifique p. 109-134	Aster N° 42, 2006 Le corps humain dans l'éducation scientifique	Cet article propose des outils d’analyse de séquences d’enseignement sur la respiration dans deux classes, qui font une large place au débat scientifique. L’analyse des productions écrites en référence à une grille historique permet d’avancer quelques hypothèses sur les registres explicatifs mobilisés par les élèves. L’analyse des transcriptions des débats effectués conduit à la construction de plusieurs espaces de contraintes dans chaque classe, ce qui peut expliquer les difficultés rencontrées par les enseignantes pour amener les élèves vers une problématique commune proche des savoirs visés.
LEDRAPIER, Catherine Découvrir le monde des sciences à l’école maternelle : quels rapports avec les sciences ? p.79-102	RDST N° 2, 2010 Sciences des scientifiques et sciences scolaires	Quelles relations entre les sciences et les "activités scientifiques" menés à l'école maternelle ? les élèves de maternelle ont-ils acquis un développement cognitif suffisant pour "faire des sciences" ? les recherches en psychologie cognitive ont mis en évidence chez les jeunes enfants des compétences restées longtemps ignorées, notamment par la théorie piagetienne. Ces compétences s'évèrent-elles suffisantes pour tenter dès l'école maternelle une éducation scientifique ? Une recherche en didactique a montré que oui, si on entend par là développer des postures heuristiques, modéliser et problématiser. Toutefois une enquête récente montre que sur le terrain, les pratiques effectives et les propostionq didactiques issues de la recherche pose la question de la place de la recherche dans la formation des enseignants.
BISAULT, Joël Des moments de sciences à l’école primaire : quelles références pour quels enjeux ? p. 53-78	RDST N° 2, 2010 Sciences des scientifiques et sciences scolaires	Les sciences à l'école primaire sont depuis de nombreuses années le résultat d'influences multiples et pas seulement de celle des "sciences de scientifiques". Par exemple, la démarche d'investigation est pour autant une démarche scientifique déclinée à l'école qu'une démarche pédagogique délcinée en sciences. Dans une recherche exploratoire, nous avons voulu comprendre les dynamiques de mise en oeuvre des moments de sciences par les professeurs d'école. L'analyse d'un moment sur l'isolation thermique au cycle 3 (élèves de 10-12 ans) montre le rôle essentiel de certains objets matériels, langagiers ou coneptuels : ces "objets scolaires scientifiques" permettent la convergence entre plusieurs enjeux didactiques et pédagogiques et sont pour les léèves les moyens et les jalons de différents processus d'élaboration cognitive.

4. Quel modèle pédagogique associé à l'enseignement scientifique à l'école maternelle ?

L'éducation scientifique citoyenne peut se comprendre comme un projet d'apprentissage visant à construire une représentation sociale des sciences capables de comprendre et d'expliquer méthodiquement le réel, à travers la perception et l'investigation de phénomènes qui se déroulent à des échelles de temps et d'espace qui dépassent parfois la dimension humaine. La pratique scientifique suppose une logique d'appréhension particulière, articulant observations, expérimentations et modélisations du réel.

Les séquences d'enseignement reposent sur une vision particulière de l'apprentissage du jeune et de la place de l'enseignant-adulte dans le processus. Dans le cas de l'enseignement des sciences, les séquences reposent également sur une vision particulière de la philosophie et de l'épistémologie des sciences.

Les travaux du séminaire interrogent donc les modèles de mises en scènes pédagogiques des sciences. Plus exactement, dans l'apprentissage des sciences, quelle place et quel sens sont accordés aux situations-problèmes, aux images, aux expérimentations, aux modélisations, à l'argumentation mais également aux représentations initiales et pourquoi ? Quelle responsabilité éducative endosse l'enseignant dans ces contextes et pourquoi ?

A. Etude d'une séquence de terrain (Moyenne et Grande section (MS et GS))

Ce DVD (Vidéo et ROM) met en lumière la singularité de l’école maternelle. Les cinq séquences permettent d’appréhender ce lieu d’apprentissages structurés, progressifs, pensés en équipe qui permettent à l’enfant d’observer, de comprendre, de dire le monde dans lequel il grandit. Chaque séquence est une illustration, via un projet de classe ou un projet d’école, de la progressivité des apprentissages langagiers des jeunes enfants. Les séquences illustrent la manière dont les enfants construisent de nouvelles connaissances, l’évolution des attitudes enfantines, la découverte de capacités inédites mais aussi la place, le rôle et la posture de l’enseignant à l’école maternelle.

CRDP d'Amiens - 2008
Collection « Première école »

Découvrir le monde vivant : Experimentation et Recherche autonome - durée totale : 37 min
par Marceline GADPAILLE, enseignante à l'école maternelle de Venette.
Le projet doit permettre à l'élève de construire progressivement des représentations plus précises des éléments caractérisant le vivant. Il s'interesse à la compétence "Reconnaitre des manifestations de la vie animale et végétale, les relier à des grandes fonctions : croissance, nutrition, locomotion, reproduction".

Présentation du projet : durée : 4min : Dans ce chapitre du DVD, l'enseignante propose diverses activités pédagogiques autour de la notion de vivant. Elle rappelle les difficultés de perpeption du temps pour ces jeunes publics (notion de durée et de cycle) et l'obstacle animiste pour construire la notion de vivant.
Les représentations initiales des élèves : durée : 11 min : L'enseignante commence d'abord par explorer les représentations des enfants à partir d'objets et d'images sélectionnés pour leur capacité à ouvrir des débats et des argumentaires de controverses autour de la question vivant/non-vivant.
La découverte d'un critère du vivant : le mouvement ; la croissance : durée : 5 min : Puis à partir des protocoles de mesures (16 min à 21min30) de la croissance, de plantations de bulbes, d'élevages d'arthropodes (phasmes), de photos d'êtres vivants, de représentations scientifiques (schématisation), en utilisant des loupes, et une loupe-caméra pour les observations et discussions collectives, l'enseignante apprend à schématiser, à argumenter, à modéliser autour de la notion de vivant, que l'on cherche à définir par l'investigation et le questionnement collectif et tutoré, entre enfants notamment.
L'observation guidée : durée : 6 min : Plus précisèment, en comparant les dessins des enfants à la réalité (de la 24 min à la 27min30), l'enseignant cherche à définir ce qu'est un dessin d'observation scientifique, en le comparant à une photo d'être vivant (28 min à la 31 min). Notons que le cahier des sciences permet de collecter les observations mais aussi de mesurer les progrès de l'enfant. Même si l'écriture est rudimentaire à la maternelle, l'enseignante propose ici diverses stratégies pour surmonter l'obstavle de l'écriture (dictée à l'adulte, recherche de ressemblances typographiques pour associer des mots à des objets et coller des légendes, etc...).
Apprendre à observer : durée : 10 min : Elle pousse la discussion jusqu'à définir des critères de ressemblance des arthropodes et des insectes (différence patte/antenne, de la 34min à la 37min). Elle propose enfin à l'enfant de dessiner lui-même un phasme (37 min).

Exercice :
Q1. Quel enseignement de sciences ?
En utilisant les 5 axes proposés par C. Ledrapier (2010, p.61) pour une éducation scientifique à l'école maternelle (voir texte ci-dessous), analyser les activités de l'enseignante et les mettre en lien avec des objectifs d'éducation scientifique.

Je propose un travail sur cinq axes [...]. Les trois premiers concernent les différentes démarches de découvertes : découverte d'un phénomène (1) ; découverte que les effets sont variables et qu'il y a des facteurs de variation (2) ; découverte des relations (3). Le quatrième axe concerne la modélisation (4). [...] : essayer de participer à la construction d'une explication (et non comprendre l’explication de l’enseignant), prédire des évènements (en s’appuyant sur le modèle élaboré), et enfin être capable de changer consciemment d'avis quand cette prédication ne marche pas [...]. Le cinquième axe est la problématisation (5). Bachelard a dit que l'important c'était de savoir poser des questions, beaucoup plus que les résoudre. Or à l'école c'est toujours l'enseignant qui pose les questions. Qu’est-ce que problématiser à l'école maternelle ? Les problèmes pratiques, comme par exemple vouloir faire couler un objet qui ne veut que flotter, [...] débouchent sur des « concepts en acte » de physique. La démarche part des défis que se donnent les enfants et il y a donc déjà une prise en charge du problème, même s’il reste concret. Ensuite on peut aller plus loin et passer à une réelle problématisation, d'un problème concret à un problème « théorique » avec justification et /ou argumentation. D'après C. Ledrapier (2010, p.61)

Q2. Recherche du modèle pédagogique sous jacent
Chez cette enseignante, identifier les finalités (pôle axiologie), les pratiques (pôle praxéologie) et les représentations (des sciences et de l'apprentissage) (Meirieu, 2003). Aidez vous des remarques ci-desous de l'enseignante. Je rappelle que l'objectif est de tenter de définir les objectifs d'éducation scientifique, les représentations des sciences, les représentations de l'apprentissage des publics (théorie de l'apprentissage), et plus généralement la posture de l'enseignant que l'on peut comprendre comme une articulation de connaissances, de valeurs et de pratiques.

Marceline GADPAILLE

Quelques remarques de Marceline GADPAILLE, IPEMF à l’école maternelle d’application de Venette (Oise) sur la découverte de la notion de vivant à la maternelle (p.26-29):

[...] les élèves ont des représentations initiales. Ils ont une vision magique et animiste. Ils définissent le vivant selon un critère, voire un nombre très limité de critères. [...] Pour Gérard De Vecchi et André Giordan (L’enseignement scientifique : comment faire pour que ça marche ? Delagrave, 2002), l’enseignant doit essayer de faire travailler les élèves sur leurs propres questions, ou lorsque le questionnement et la motivation sont absents, proposer des situations qui peuvent les interpeller.[...]. Un véritable enseignement scientifique se définit autant par les transformations de représentations qu’il produit chez l’individu que par le savoir qui lui est inculqué. Pour De Vecchi et Giordan, différentes attitudes peuvent être adoptées par le maître face aux conceptions: « faire sans (les ignorer), faire avec (les prendre en compte comme outil didactique), faire contre (les réfuter), faire avec pour aller contre ». Le rôle de l’enseignant est de « faire avec pour aller contre », c’est-à-dire faire confronter les représentations, tout en s’appuyant sur elles pour les transformer. L’idéal étant de réussir à faire réinvestir une connaissance générale dans une nouvelle situation.

[...] Selon Wallon et Piaget, la pensée de l’enfant entre trois et six ans est caractérisée par le syncrétisme, et dominée par l’égocentrisme, l’animisme et l’anthropomorphisme. Ces notions revêtent une importance capitale dans la manière dont l’enfant envisage la notion de vivant.
Pour Henri Wallon (Les origines de la pensée chez l’enfant. PUF, 2001 – Édition originale 1945), le syncrétisme de la pensée est une « insuffisance de l’organisation mentale » qui se traduit par des contaminations entre les mots (vent et vivant), entre les choses ou les idées liées entre elles. La pensée de l’enfant est constituée d’amas confus de notions, d’amalgames de souvenirs. Il y a absence de structuration selon des relations précises, telles que cause, effet, moyen, but, etc. Le syncrétisme se retrouve aussi dans la fabulation qui traduit souvent la difficulté que l’enfant éprouve à distinguer le réel de l’imaginaire.
[...] Jean Piaget (La représentation du monde chez l’enfant. PUF, 2003 – Édition originale 1926) définit l’égocentrisme de deux façons. La première est « une assimilation du réel au moi » : l’enfant ne peut considérer qu’une chose a une existence propre, indépendante de sa vie. La seconde est « une centration sur le point de vue propre » : l’enfant qui appréhende le monde extérieur a tendance à considérer sa perception personnelle comme absolue (il ne sait pas que son expérience n’est que partielle et momentanée et il est incapable de tenir compte des idées d’autrui).Ce qui revient à énoncer que l’enfant, jusqu’à six-sept ans au moins, n’est pas capable d’une pensée objective sur le fonctionnement du monde.
[...] Piaget a décrit l’évolution de la perception enfantine du vivant à travers quatre stades.[...] L’évolution de la perception enfantine du vivant a donc été expliquée en fonction de différents processus : – la disparition de l’animisme où l’interprétation du mouvement joue un rôle important ; – l’acquisition de connaissances à propos des objets en général et à propos des critères biologiques en particulier.

5. Les représentations des professeurs des écoles sur l'expérimentation scientifique : quelles implications sur les pratiques et la formation des enseignants ?

FLAGEUL, Roland ;
COQUIDE, Maryline

Conceptions d'étudiants professeurs des écoles sur l'expérimentation et obstacles corrélatifs a sa mise en oeuvre à l'école élémentaire

Aster n ° 28, 1999, p. 33-55

L'expérimental dans la classe

Pour contribuer à préciser les conceptions de futurs professeurs des écoles sur les fonctions de l'expérimental, nous avons proposé un questionnaire à 200 étudiants et stagiaires des IUFM de Rouen et de Chartres.

Les souvenirs des pratiques expérimentales, vécues au cours de la scolarité, évoquent plusieurs objets d'étude et activités qui peuvent apparaître comme des paradigmes de l'enseignement de la biologie. Les activités citées, cependant, se rapportent plus à des observations ou à des manipulations qu'à des expérimentations. On constate aussi parfois une confusion des champs disciplinaires. Dans les conceptions sur l'expérimentation, l'approche empiriste est valorisée et les propositions relatives au raisonnement ou à la mise à l'épreuve d'idées sont peu présentes. Si on considère le cadre épistémique de ces sujets, ces conceptions empiristes nous semblent représenter un obstacle important dans le compréhension de ce qu'est une expérimentation. Nous proposons, à titre exploratoire, un tableau précisant les représentations obstacles relatives au concept d'expérimentation, et une action de remédiation mise en oeuvre dans la formation.

Implications pour l'enseignement :
Proposition d'une situation expérimentale à l'école élémentaire (CM1, cycle III) par les auteurs de l'article

In FLAGEUL et COQUIDE (1999, p.49)

In FLAGEUL et COQUIDE (1999, p.50)

In FLAGEUL et COQUIDE (1999, p.55)

Analyse critique de cette activité expérimentale menée en classe de CM1 - Mettre en synergie "la main à la pâte" et "la main à la tête" !

Peu de stagiaires ont proposé la réalisation effective d'une expérimentation sur les comportements alimentaires en classe. Plusieurs hypothèses peuvent être avancées concernant cette réticence à une mise en pratique expérimentale :
- crainte des difficultés matérielles pour la mise en œuvre ;
- crainte du comportement des élèves et difficultés relatives à une animation pédagogique portant sur du matériel biologique vivant, en particulier animal ;
- crainte des résultats inattendus...
Les opinions les moins favorables concernent la rédaction des protocoles sur la fiche proposée ( 15 contre 21). S'il peut apparaître souhaitable de modifier les questions de la fiche, et d'impliquer plus les stagiaires dans cette rédaction, il existe aussi des difficultés inhérentes à l'activité d'écriture elle-même et citées par les stagiaires : problème de vocabulaire, difficultés à mettre en mots les idées, à rédiger et à expliciter des hypothèses... Ces difficultés de rédaction et d'explicitation de raisonnement ont été observées lors de l'analyse des fiches avec l'analyse des types de formulation, de l'emploi de connecteurs, et des mises en relations entre les différentes rubriques.

Terminons par les remarques des stagiaires concernant le désir des élèves de réalisation effective des expériences : pratiques qu'il faut évidemment favoriser, dans la mesure du possible, et qui sollicitent le questionnement éthique et l'ingéniosité dans la réalisation des dispositifs, l'attention et la ténacité pour l'obtention des résultats. [...]
Les activités de conception d'expérience, avec leur aspect "papier-crayon", rassurent de nombreux stagiaires. Pour que l'expérimentation du vivant ne se réduise pas à ce seul aspect, il apparaît nécessaire que les autres activités de formation permettent aux stagiaires de s'approprier quelques pratiques expérimentales sur du matériel biologique et simples à mettre en œuvre.

Si l'éducation scientifique des élèves du primaire nécessite que les enseignants soient formés à mettre "la main à la pâte", il apparaît également primordial que ce soit en synergie avec "la main à la tête". [...] Des pratiques d'investigation empirique pour résoudre les problèmes scientifiques pourront alors peu à peu être proposées, et une initiation à l'expérimentation envisageable. De plus, une réflexion, au cours de la formation, sur les démarches de construction du savoir nous apparaît nécessaire pour éviter de voir s'instaurer des cours théoriques de méthodologie.

BILAN : Tentative de caractérisation de l'école française de didactique des sciences...

SAUVAGEOT-SKIBINE, Marie

Enseigner les sciences de la terre en tenant compte des représentations

p. 3-8

ASTER N° 21, 1995

Enseignement de la géologie

La prise en compte d'obstacles à la construction de concepts dans l'enseignement des sciences de la Vie et de la Terre

[...] nos études sont essentiellement motivées par un projet de modification de l'enseignement. Les interprétations construites à partir des résultats servent alors de point d'appui à une construction de réponses pédagogiques aux obstacles épistémologiques identifiés. [...] Penser un peu plus l'enseignement scientifique [...] en termes de séquences centrées sur des obstacles, pourrait aider les enseignants, parfois un peu déroutés par l'évolution récente et rapide de cette discipline. [...]

[...] Pour des raisons retracées par certains auteurs, comme l'attrait du spectaculaire, l'accrochage sur l'actualité, ce sont des thèmes parmi les plus traités en géologie, en tous cas à l'école primaire. Certaines propositions l'utilisent comme point de départ pour aborder la structure de la terre. Une variété d'autres thèmes font par ailleurs l'objet d'études, depuis la formation des fossiles ou des roches à la géologie de surface.

[...] nous avons recours à une même grille d'analyse pour trouver une organisation significative au projet d'enseignement et pour interpréter les représentations et les obstacles qui se manifestent chez les apprenants. L'analyse historique sert fréquemment de révélateur, en ce sens qu'elle peut faire prendre conscience, avec le recul que permet l'étude de temps révolus, des problèmes successifs que la discipline scientifique a dû résoudre pour se constituer. [...]

Pour Orange et Orange (1995), le regroupement de la biologie et de la géologie sous la dénomination "Sciences de la Vie et de Terre" se justifie par l'existence de la même exigence : modéliser des systèmes complexes, à l'aide de modèles à compartiments de matière ou d'énergie d'une part, de modèles à rétroaction d'autre part. [...] Des points communs sont mis en évidence : les compartiments ne sont pas donnés mais construits, et ces modèles, dans un cas comme dans l'autre, visent à comprendre une dynamique [ndlr. : et tenter de la prévoir]. [...] Une seconde caractéristique commune aux deux disciplines concerne la présence de "processus contingents" dans les deux cas, comme la disparition d'une espèce et l'arrivée d'un tremblement de terre. Ces phénomènes, qui n'obéissent pas au hasard, exigent pour se produire un certain nombre de conditions, et sont irréversibles.

.... ses cadres théoriques, son horizon politique... et ses limites dans la vision du sujet qui apprend !

Didactique et Histoire des sciences : modèle pédagogique de la redécouverte (Gohau, 1987) ; modèle recapitulationniste et obstacle épistémologique (Raichvarg, 1987)
Evolution des représentations sociales (Moscovici, 1989) et modèles de communication visant au conditionnement des jeunes esprits (Fourquet, 1999).

Aster n ° 5, 1987

Didactique et histoire des sciences

RAICHVARG, Daniel

La didactique a-t-elle raison de s'intéresser à l'histoire des sciences ?

p. 3-34

La question des relations entre la construction historique et la construction personnelle des connaissances constitue un champ d'investigations pour la didactique. Cependant, le récapitulationnisme, issue du XIXe siècle, apparaît comme une conception-écran qui bloque la question dans son heuristique. Raichvarg se propose de faire sauter cet obstacle, en travaillant en historien des sciences sur le modèle récapitulationniste, c'est-à-dire en analysant les conditions de son émergence, les modifications de son extension et de sa compréhension. Tout au long de cette histoire épistémologique du concept, il tente de relever les éléments qui, de Baldwin à Bachelard, en passant par Haeckel, Freud et Piaget, peuvent servir de points d'ancrage à des investigations didactiques.

Histoire du modèle d'instruction récapitulationiste

La volonté d'établir un lien entre le développement mental et l'histoire du développement des concepts scientifiques reposent sur l'idée que le progrès de l'esprit et le progrès scientifique peuvent être associés. Condorcet au XVIIIe siècle propose d'instruire en imitant la marche de l'esprit humain dans le projet d'instruction publique de 1792. Le modèle d'instruction récapitulationniste se développe alors. Au XIXe siècle, la biologie des embryons d'Haeckel soutient que l'ontogenèse récapitule la phylogenèse. Cette loi biologique légitime alors une loi de l'ordre mental : l'ontogenèse du développement mental récapitule la phylogenèse des connaissances. Le lien entre didactique et histoire des sciences s'établit alors sur la base d'un modèle récapitulationniste, empreint de concept issue de l'embryologie pour comprendre et expliquer la psychogenèse (physcologie du développement). Il conduira à des dérives comme celle du Docteur Down qui tentera d'expliquer le développement mental des peuples orientaux et les idiots mongoliens.

Des processus de socialisation par stades dans les apprentissages

Avec Baldwin, l'importance de l'apprentissage dans le phénomène d'ontogenèse mentale revient sur le devant de la scène. On passe du préformatisme psychologique d'Haeckel à l'épigénèse psychologique. L'enfance est donc intégrée dans le processus d'ontogenèse et on ajoute ainsi une hypothèse environnementaliste en soulignant l'importance des processus de socialisation. C'est le début d'une ontogenèse du développement qui passerait par plusieurs stades, du sensoriel rudimentaire à des représentations complexes pour aboutir à l'affirmation de soi spécifique de l'homme.

Freud (1896) aura le projet de mieux comprendre l'ontogenèse mentale et la psychologie des individus en cherchant une part de phylogenèse individuelle dans les rêves. Il décrira la phylogenèse de l'Homme par la succession d'une phase animiste, puis une phase religieuse et enfin une phase scientifique. Le primitif, l'enfant, le névrosé récapitule cette phylogenèse et le névrosé devient le pivot de comparaison. Le concept de primitif sera largement critiqué par Levi-Strauss. L'évolution temporelle et les logiques de stades confortent la logique de la récapitulation. Mais ils réduisent les comportements psychologiques à une approche physiologique. Freud rappelle pourtant que les névroses ont un facteur spécifique, en plus de l'hérédité, lorsqu'il accorde sa place à l'entourage : il ne tombe pas dans le piège du réductionnisme physiologique. Pour lui, de génération en génération, il y a un facteur organique mais également un facteur sociale (langage, tradition, coutumes) qui peut contribuer à récapituler certains comportements psychiques !

Emergence d'un stade de la logique scientifique ?

Piaget s'interroge également sur les facteurs de développement de l'enfant : quelle place pour l'école, la famille, le langage ? Il s'interroge notamment sur la genèse de la logique scientifique, qui correspond pour Baldwin au stade IV. Il se tourne du coté de l'histoire des sciences pour faire des comparaisons entre la psychogenèse et la genèse des connaissances scientifiques. Les interrogations sur les relations entre préformisme et épigénie dans la genèse d'un comportement intellectuel demeure : quelle place respective entre le génotype et le milieu ? Mais pour Piaget, Freud se trompe : la succesion des stades est constante et interdépendante. Il rigidifie les stades (contrairement à Freud). Piaget estime que l'émergence de la scientificité peut être mise en relation avec l'histoire des sciences mais aussi avec l'appareillage de la personne, à un moment donné de son hisoire, comme en histoire des sciences ! Mais l'histoire des sciences sur laquelle s'appuient Piaget et Garcia est une histoire des sciences jugée (Pestre, 2006) avec des textes qui publicisent une science triomphante. Cette histoire ne s'intéresse pas aux dynamiques socioscientifiques mais présente des contenus statiques. De plus, dans ce récit historique, l'échelle des valeurs est inversée par rapport à l'éthos scientifique (exemple de la rigueur scientifique vs tatonement, du consensus versus la controverse, de la vérité, de la déduction, des croyances, des opinions,...). Le réductionnisme est donc ici très fort.

Pour Bachelard, la formation de l'esprit scientifique est en relation avec un stade particulier de la culture et de la psychogenèse. Il propose de dépasser la croissance historique et l'emprise de certaines opinions imposées parfois par l'autorité, ce qu'il nomme des obstacles épistémologiques, en y intégrant la culture. Cette idée d'obstacle est abondamment illustrée dans les travaux de Canguilhem à propos de l'histoire de quelques concepts de biologie (hormone, régulation...).

Bilan

La question de la différence entre la construction de savoirs scientifiques et la construction de savoirs socialisés est posée, avec probablement le rôle de la temporalité qui contribue à socialiser les concepts. La communication a un rôle sur la cognition et les modes pensée, en permettant une inspection de l'activité critique, de la rationnalité et de la pensée logique. Mais avec quel modèle de communication ? Raichvarg remet ici en question le modèle de la récapitulation physiologique dans les apprentissages de sciences.

On pourrait également y ajouter la critique du modèle de l'apprentissage transmissif, fondé sur un modèle de communication qui suppose que les élèves sont des récepteurs passifs, influençables et ignorants (Jacquinot-Delaunay, ....), un modèle qui assigne à l'enseignant une posture de maître de la pensée.

GOHAU, Gabriel

Difficultés d'une pédagogie de la découverte dans l'enseignement des sciences

p. 49-69

La méthode pédagogique qui cherche à retrouver le cheminement de la découverte scientifique a été mise en oeuvre sous l'appellation " méthode de la redécouverte ". L'analyse du rôle des expériences faites en classe montre comment cette méthode inductive peut se révéler tout aussi dogmatique que la méthode expositive. Une véritable redécouverte exigerait que les élèves soient mis en situation de recherche, d'initiative, de tâtonnement, qu'un vrai dialogue s'instaure pour faire apparaître les représentations des élèves. Pour mettre en oeuvre cette vraie pédagogie de la redécouverte, la formation des enseignants devrait être complétée par une initiation à l'histoire des obstacles épistémologiques et exigerait aussi une formation de chercheur.

Références