Les démarches d’investigation pour l’enseignement des sciences

Michèle Prieur, EducTice-S2HEP, IFE-ENS LyonExpertise pédagogique Chain Reaction

Formation 27 aout 2014

Résultats d’une enquête nationale auprès des enseignants de collège et de lycée de maths, SPC, SVT, techno

http://ife.ens-lyon.fr/ife/ressources-et-services/ocep/dispositifs/DI/rapport-DI/view

Introduction : représentations d’enseignants sur les démarches d’investigation

Méthode statistique textuelle (logiciel Alceste)

Question : Pour vous, que recouvre l’expression «démarche

d’investigation» dans le cadre de la classe ? 2184 réponses (400 c)

Évaluation de la co-présence des mots registres

Analyse par segments de texte

L’adhésion d’un mot à un registre est mesurée par un calcul de khi-deux d’indépendance entre le mot et ce registre.

Représentation « Wordle »: la taille des mots est fonction de l’adhésion du mot au registre

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Registre lexical « Difficultés »

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Difficulté de gestion du temps, contraintes matérielles et organisationnelles

Technologie, mathématiques

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Registre lexical Démarche/méthode scientifique expérimentale

SVT (SPC)

« Faire des hypothèses. Mettre au point une ou des expériences pour valider ou réfuter des hypothèses. »

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Registre lexical

Résolution de problème, recherche de solutions

une démarche de résolution de problème engageant les élèves dans une phase de recherche de solutions – une part de tâtonnement

« répondre à une question ou résoudre un problème», « trouver des solutions à un problème »

Registre lexical Découverte et cheminement exploratoire

8/22Découverte, erreur, initiatives, cheminement - Mathématiques

« il est en droit de se tromper, d'essayer »

Pour aller plus loin :

Monod-Ansaldi, R., & Prieur, M. (2011). Démarches d’investigation dans l’enseignement secondaire : représentations des enseignants de mathématiques, SPC, SVT et technologie. Lyon: IFÉ – ENS de Lyon. http://ife.ens-lyon.fr/ife/ressources-et-services/ocep/dispositifs/DI/rapport-DI/view

Prieur, M., Monod-Ansaldi, R., & Fontanieu, V. (2013 ). Représentations de la démarche d’investigation chez les enseignants de mathématiques, SPC, SVT et technologie : réception des nouvelles instructions officielles RDST, 7.

Prieur, M., Monod-Ansaldi, R., & Fontanieu, V. (2013). L’hypothèse dans les démarches d’investigation en sciences, mathématiques et technologie : convergences et spécificités disciplinaires des représentations des enseignants. . In M. Grangeat (Ed.), Les enseignants de sciences face aux démarches d’investigation. Des formations et des pratiques de classe. Grenoble: PUG.

PLAN

1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau international

2.Les caractéristiques des démarches prescrites en France et dans les autres pays

3.Réflexions et pistes didactiques pour la conduite d’un enseignement scientifique fondé sur l’investigation

Contexte politique international fin 20e siècle

• Objectif des pays post-industriels et émergents : développer la

compétitivité économique

Une réponse commune : favoriser l’éducation scientifique

• Deux finalités :

• Constituer une élite scientifique

• Développer une culture scientifique pour tous (litéracie scientifique,

alphabétisation scientifique) : former des citoyens actifs et éclairés

Renouvellement de l’enseignement

des sciences

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Nouveaux curricula pour l’enseignement

des sciences

• Enseignement scientifique fondé sur l’investigation (DI, IBSE). Robine 2009, Venturini 2012

• Dé-compartimentation des disciplines scientifiques. Coquidé 2008

Rapports nationaux et internationaux : Ourisson 2002, Bach 2004, Rolland 2006, Rocard 2007, Sommaruga oct 2013

Contexte politique international fin 20e siècle

Impulsion de l’enseignement des sciences par la commission européenne

Le 7e programme cadre de l’Union européenne pour la recherche et le développement technologique (2007-2013)

Volet éducation : • accompagner le renouvellement de l’enseignement des sciences.• Promouvoir l’enseignement scientifique fondé sur l’investigation

• Mettre les élèves en situation de recherche, de résolution de

problème (curiosité, activité intellectuelle, activité pratique).

Attribuer aux élèves une responsabilité dans la résolution de

problème (esprit d’initiative, autonomie).

Donner une place au réel.

Développer l’esprit critique (argumentation).

Enseignement scientifique fondé sur l’investigation : quelques consensus

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Enseignement scientifique fondé sur l’investigation : des racines historiques

Début du 20° siècle : Pédagogie active - Constructivisme

•USA : Dewey, France : Wallon et Freinet, Suisse : Clarapède et Piaget

1960-70 : Pédagogie active pour l’enseignement des sciences•France : activités d’éveil•USA : démarche de découverte•Angleterre : Projet Nuffield (« je fais et je comprends »)

Fin 19e : La leçon de choses (vers 1867)« Le but qu’on doit se proposer par elles, à notre avis, est moins d’instruire l’enfant, d’augmenter ses connaissances, que de lui apprendre à se servir de ses sens, de son intelligence, de son raisonnement ».

Georges Pouchet

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Quelques repères chronologiques

IBSE -Pays anglo-saxons

Standards américains

98 pays

1990

1993

Main à la pâte 1996

Lycée 2010

2002 Ecole

Nombreux projets de recherche européens :

PRIMAS, S-TEAM, CHAIN-Reaction, FASMED

1999 Socle Belgique

PRESTE 2000

Collège 2005

2006 Socle

PLAN

1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau international

2.Les caractéristiques des démarches prescrites en France et dans les autres pays

3.Réflexions et pistes didactiques pour la conduite d’un enseignement scientifique fondé sur l’investigation

En France : une démarche d’investigation

• L’introduction commune aux programmes collège (2005, 2008).

Un texte commun aux maths, SPC, SVT, techno

texte de référence pour l’enseignement secondaire

• Les programmes disciplinaires collège et lycée

En France : une démarche d’investigation

L’introduction commune aux programmes collège : un canevas en 7 étapes

1. Le choix d'une situation – problème

2. L’appropriation du problème par les élèves

3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles

4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves

5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées

6. L’acquisition et la structuration des connaissances

7. La mobilisation des connaissances

Démarche scientifique ou/et pédagogique ?

Démarche d’investigation / démarche scientifique

• Canevas d’une DI : 1. Le choix d'une situation – problème

2. L’appropriation du problème par les élèves

3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles

4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves

5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées

• Transposition d’une démarche scientifique hypothético-déductive Mathé, 2010 Temps Problème scientifique, construction du problème Cadre théorique Communication – Validation - Construction sociale des savoirs

Problème

Hypothèses

Mise à l’épreuve des hypothèses

Observations

Données expérimentales

Théories

Modèles

Démarche d’investigation / démarche pédagogique

• Canevas d’une DI : 1. Le choix d'une situation – problème

2. L’appropriation du problème par les élèves

3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles

4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves

5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées

6. L’acquisition et la structuration des connaissances

7. La mobilisation des connaissances

• Démarche pédagogique : Un modèle d’apprentissage de type socio-constructiviste (Mathé, De Hosson & Méheut, 2012)

Problème <--> acquisition des connaissances du programme

Élève acteur

Social

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« Il initie les élèves à la démarche scientifique dans le cadre d’un projet. »

« L’évaluation peut prendre des formes variées afin de valoriser l’acquisition de compétences et de qualités telles que l’autonomie, l’initiative, l’engagement dans une démarche scientifique, le travail d’équipe, le raisonnement et la communication écrite et orale »« on demande à l’élève un travail personnel ou d’équipe qui devra intégrer obligatoirement une production (…) et aboutir à une forme de communication scientifique »(rien sur l’acquisition de connaissances)

Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010

Enseignement MPS

Comparaison DI - IBSE

IBSE

Démarche d’enquête organisée autour de questions des élèves.

Ojectif 1er : connaitre les méthodes, les outils, les démarches de la science

DI – programme disciplinaire

Situation-problème Raisonnement hypothético-déductif

Ojectif 1er : construire des connaissances scientifiques

Démarche préconisée en MPS

Rapprocher les disciplines scientifiques : un fondement épistémologique

Limites de l’hyperspécialisation pour l’étude des systèmes complexes développement de laboratoire ou groupes de travail intégrant plusieurs disciplines

Rapprocher les disciplines : différentes configurations

• Selon les pays

D’un rapprochement des disciplines à un enseignement intégré des

sciences.

• En France :

• Des dispositifs : - TPE (2000)- IDD (2002)

• Des enseignements- Thèmes de convergence (2005)- EIST (2006)- Option MPS seconde (2010)

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« L’enseignement (MPS) permet aux élèves de découvrir différents domaines des mathématiques, des sciences physiques et chimiques, des sciences de la vie et de la Terre et des sciences de l’ingénieur. C’est aussi l’occasion de montrer l’apport et la synergie de ces disciplines pour trouver des réponses aux questions scientifiques que soulève une société moderne, d’en faire percevoir différents grands enjeux, et de donner les moyens de les aborder de façon objective »

« Ce travail conjuguera les apports des différents champs disciplinaires concernés. »

Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010

Rapprocher les disciplines : le cas de l’enseignement MPS

PLAN

1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau international

2.Les caractéristiques des démarches prescrites en France et dans les autres pays

3.Réflexions et pistes didactiques pour la conduite d’un enseignement scientifique fondé sur l’investigation

Quelle autonomie attribuée aux élèves ?

Méthode versus démarche

Appliquer une méthode Vivre une démarche

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Vivre une démarche scientifique

Une tension dynamique entre deux pôles

Pensée convergente

Rigueur, Contrôle, Argumentation, Validation/réfutation

Pensée divergente

Liberté, Créativité, Errance, Imagination, Invention

Développer un esprit scientifique

Questionner l’autonomie

• Travailler seul, trouver seul, se gérer tout seul, fonctionner de manière indépendante, faire preuve d’initiative, savoir se mettre au travail seul

• « faculté d’agir par soi-même » (approche philosophique)

Autonomie d’un élève

Professeur

Élève(s)

• Sans l’aide de l’enseignant, sans l’aide constante d’un adulte, avec un minimum d'intervention d'un enseignant, sans interventions répétées du professeurs

• L'autonomie (…) grâce au travail en groupe, cela n'exclut pas le fait d'avoir recours à autrui, cela n'exclut pas l'intervention du professeur

• « on ne peut être autonome que par, ou à travers des dépendances » (Morin, 1994) dimension sociale de l’autonomie

« Etre autonome pour …»

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• Gérer son temps, Organiser ses recherches

• Répondre à la question posée• Émettre des hypothèses• Réaliser un protocole, réaliser une

expérience, réaliser un geste technique

• Appliquer un raisonnement

L’autonomie s’applique à différents domaines

Organiser l’autonomie

« l’autonomie de l’élève ne se décrète pas, mais s’organise » (Ravestein, 1999)

• L'autonomie peut s'apprendre.• Selon le niveau de l’élève, le niveau

d’autonomie est différent

« l’autonomie de l’élève ne se décrète pas » (Ravestein, 1999)

• Intervention de l’enseignant (individualisée, collective) : rappels, indices

• Apport du collectif• Des outils : aide-mémoire, fiche technique• Apports documentaires• Climat serein

« l’autonomie de l’élève (…) s’organise » (Ravestein, 1999)

Des outils didactiques au service des démarches d’investigation

Théorie des situations didactiques (Brousseau, 1986)

La situation d’apprentissage : Un jeu entre le professeur et les élèves dont le but est d’augmenter les connaissances des élèves.

Le but du jeu : résoudre un problème

Dévolution du problème : permettre aux élèves de s’engager dans la résolution du problème : transfert de responsabilité

Règles du jeu : responsabilités prof-élèves

Contrat didactique (gérer le paradoxe)

Des outils didactiques

Construire un terrain de jeu

Margolinas, 1998

Milieu (matériel, savoirs, humains) : source d’autonomiePour conduire l’investigation (savoir- faire, connaissances) permettant des rétroactions (indépendantes du prof)

Des outils didactiques pour la conduite d’une démarche d’investigation

« problématisation », « dévolution du problème »Proposer une investigation qui soit en lien avec un problème scientifique à résoudrePermettre aux élèves de participer à la construction du problèmeDonner aux élèves le désir de résoudre le problème choisi.

« contrat »Co-définir ou/et expliciter les objectifs (quelle production ? pour qui ? Avec quel calendrier ? …

« milieu »Analyse a priori :-des savoirs scientifiques en jeu,-compétences à mobiliser,-des acquis des élèves : prérequis scolaires, conceptions initiales, difficultésPour construire un milieu didactique (évolutif et différencié)

Comment articuler les disciplines ?

Travailler à plusieurs disciplines

Transdisciplinarité

- « fusion », « unité »

Pluridisciplinarité

« juxtaposition », « étanchéité »

Interdisciplinarité

« interactions », « coopération », « dialogue », « complémentarité », « confrontation »

Terrisse (1997), Vinck (2000)

Transdisciplinarité

Des contenus présents dans plusieurs

disciplines

ou

Perception des couleurs par l’œil

La couleur des objets

La couleur de la veste du prof

Des questionnements et des modèles scientifiques liés aux disciplines des regards croisés de différentes disciplines sur un même objet,

en prenant en compte leurs similarités, leurs complémentarités, tout en respectant leurs spécificités.

Codisciplinarité

Adopter une approche codisciplinaire

Articuler les disciplines

-Analyser ce qui relève de chacune des disciplines.

-Identifier ce qui est partagé : connaissances, outil, matériel,

méthodes, vocabulaire.

-Assumer les spécificités en connaissance de cause

Collaborer

-Aider les élèves à se situer dans la démarche entre les disciplines

-Assurer un passage de relais entre les enseignements

des outils partagés

Penser aux outils collaboratifs numériques