Les démarches d investigation pour l enseignement des sciences

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1 Les démarches d investigation pour l enseignement des sciences Michèle Prieur, EducTice-S2HEP, IFE-ENS Lyon Formation «Chain Reaction» 6 novembre 2013

2 Plan 1. La rénovation de l enseignement des sciences Le contexte Les démarches d investigation Une dé-compartimentation des disciplines 2. Les représentations des enseignants sur les démarches d investigation en France 3. Comment mettre en œuvre des démarches d investigation? 4. Comment articuler les disciplines?

3 1. Rénovation de l enseignement des sciences 1.1 Contexte politique et institutionnel

4 Contexte politique international Une réponse commune des pays post-industriels et émergents : Favoriser l éducation scientifique pour développer la compétitivité économique Deux objectifs : 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

5 Contexte international de la rénovation de l enseignement des sciences Rapports nationaux et internationaux : Ourisson 2002, Bach 2004, Rolland 2006 Rocard 2007 Nouveaux curricula pour l enseignement des sciences Enseignement scientifique fondé sur l investigation (DI, IBL, IBSE, IBST). Robine 2009, Venturini 2012 Décompartimentation des disciplines scientifiques. Coquidé 2008 Recherche scientifique : Limites de l hyperspécialisation pour l étude des systèmes complexes développement de groupes de travail intégrant plusieurs disciplines 5/22

6 1. Rénovation de l enseignement des sciences 1.2. Un enseignement scientifique fondé sur l investigation

7 Enseignement scientifique fondé sur l investigation : quelques consensus Mettre les élèves en situation de recherche, de résolution de problème (curiosité). Attribuer aux élèves une responsabilité dans la résolution de problème (esprit d initiative, autonomie). Développer l esprit critique (argumentation).

8 Enseignement scientifique fondé sur l investigation : des racines historiques Fin 19 e : La leçon de choses «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 Début du 20 siècle : Pédagogie active - Constructivisme USA : Dewey, France : Wallon et Freinet, Suisse : Clarapède et Piaget : Pédagogie active pour l enseignement des sciences USA : démarche de découverte France : activités d éveil Angleterre : Projet Nuffield 8/22

9 Quelques repères chronologiques Lycée Socle Collège 2005 Ecole 2002 Nombreux projets de recherche européens : PRIMAS, S-TEAM, CHAIN-Reaction, FASMED PRESTE pays Main à la pâte Socle Belgique 1993 Standards américains 1990 IBSE -Pays anglo-saxons 9/22

10 En France : une démarche d investigation L introduction commune aux programmes collège (2005, 2008) : texte de référence pour l enseignement secondaire Un texte commun aux maths, SPC, SVT, techno Un canevas en 7 étapes : une transposition d une démarche scientifique hypothético-déductive (Mathé, 2010) Un modèle d apprentissage de type socio-constructiviste (Mathé, De Hosson & Méheut, 2012) En tension entre processus et produit (Coquidé, Fortin & Rumelhard, 2009) En tension entre une démarche unique et une démarche plurielle

11 Des approches spécifiques de l investigation IBSE Démarche d enquête organisée autour de questions des élèves. Ojectif 1 er : connaitre les méthodes, les outils, les démarches de la science DI Situation-problème Raisonnement hypothéticodéductif Ojectif 1 er : construire des connaissances scientifiques Une conception plus restrictive de l investigation 11/22

12 1. Rénovation de l enseignement des sciences 1.3. Une dé-compartimentation des disciplines scientifiques et technologiques

13 Une dé-compartimentation des disciplines scientifiques Selon les pays D un rapprochement des disciplines à un enseignement intégré. En France : Des dispositifs : - TPE (2000) - IDD (2002) Des enseignements - Thèmes de convergence (2005) - EIST (2006) - Option MPS seconde (2010) Le travail collectif entre disciplines : mutualiser, collaborer, coopérer 13/22

14 2. Les représentations des enseignants sur les démarches d investigation en France Résultats d une enquête nationale auprès des enseignants de collège et de lycée de maths, SPC, SVT, techno services/ocep/dispositifs/di/rapport- DI/view

15 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 khideux d indépendance entre le mot et ce registre. Représentation «Wordle»: la taille des mots est fonction de l adhésion du mot au registre

16 16/22

17 Registre lexical «Difficultés» - Temps (3) Elèves (2) Préparation, matériel (2) Difficulté de gestion du temps, contraintes matérielles et organisationnelles Lien significatif avec la technologie, et les mathématiques 17/22

18 Registre lexical Démarche scientifique expérimentale «Pour moi la démarche d'investigation comprend le temps de se poser des questions sur un phénomène, de formuler une hypothèse pouvant l'expliquer, proposer une expérience permettant de tester l'hypothèse, observer les résultats de l'expérience, analyser les résultats et conclure sur la validité de l'expérience.» 4 H/E Une démarche scientifique hypothético-déductive de type expérimentale - Une tension entre méthode et démarche SVT (SPC) 18/22

19 Registre lexical Résolution de problème, recherche de solutions «Poser aux élèves une question, un problème et ils doivent répondre, résoudre le problème, seuls. L enseignant guide seulement, apporte quelques jalons si besoin, afin que les élèves avancent par eux même.» 3 une démarche de résolution de problème engageant les élèves dans une phase de recherche de solutions Problèmes pragmatiques une part de tâtonnement 19/22

20 Registre lexical Découverte et cheminement exploratoire «Une formation à un type de raisonnement scientifique qui permet l'erreur et la rend constructive de savoir.» 1 Découverte, erreur, initiatives, cheminement - Mathématiques 20/22

21 3. Comment mettre en œuvre des démarches d investigation?

22 Méthode scientifique versus démarche scientifique Une tension dynamique entre deux pôles Développer un esprit scientifique Pensée convergente Rigueur, Contrôle, Argumentation, Validation/réfutation Pensée divergente Liberté, Créativité, Errance, Imagination, Invention 22/15

23 Des outils didactiques 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) «élève intellectuellement actif» «sans aide autre que l'aide que l'élève vient chercher lui-même»

24 Des outils didactiques Construire un terrain de jeu Margolinas, 1998 Milieu (matériel, savoirs, humains), permettant des rétroactions : source d autonomie «en indépendance (ou presque) du professeur»

25 Des outils didactiques Expliciter le modèle scientifique en jeu (Sanchez, 2007) La couleur des objets Perception des couleurs par l œil «Chausser des lunettes conceptuelles», «des lunettes adaptées au problème à résoudre»

26 Une grille d aide à la conception ou l analyse de situation d investigation en appui sur ces outils didactiques

27 Comment articuler les disciplines?

28 Travailler à plusieurs disciplines Terrisse (1997), Vinck (2000) Pluridisciplinarité «juxtaposition», «étanchéité» Interdisciplinarité «interactions», «coopération», «dialogue», «complémentarité», «confrontation» Transdisciplinarité Des contenus présents dans plusieurs disciplines ou Transdisciplinarité - «fusion», «unité»

29 Interdisciplinarité -Co-disciplinarité Pas de définition consensuelle d interdisciplinarité Codisciplinarité Blanchard Laville, (1997) «co», «cum» = avec Une co-construction de sens à propos d'un même objet d'étude. Recherche de complémentarité sans perte des spécificités Chevallard (2004) Articuler les disciplines en respectant leur épistémologie

30 Codisciplinarité EducTice : Prieur, M., Sanchez, E., Aldon, G., Monod-Ansaldi R. Co-disciplinarité : - elle vise à porter des regards croisés de différentes disciplines sur un même objet (savoir, outil, méthode, démarche, ), en prenant en compte leurs similarités, leurs complémentarités, tout en respectant leurs spécificités. - Hypothèse : elle permet de mieux comprendre sa discipline «Un même objet d'étude et plusieurs "boîtes à outils" pour l'étudier.»

31 SPC Mécanique, Gravitation, force gravitationnelle Mouvement, Intensité de la pesanteur, masse d un corps, orbite Astronomie, Astre, exo-planète, satellite, étoile, système solaire Histoire des sciences, modèle en sciences SVT Vie Accrétion Planète SPC Distance, changement d échelle, taille, repérage dans l espace, ordre de grandeur Effet de serre Composition chimique SVT Ordre de grandeur Bilan radiatif, répartition de l'éclairement, atmosphère Composition, densité 31/22

32 SPC Chimie, Réaction chimique, oxydation, structure des molécules, O3, O2 Rayonnement solaire, rayonnement électromagnétique, énergie du rayonnement, UV SVT Vie terrestre, allergie, cancer, stérilisation Ozone SPC Pollution, trou dans la couche d ozone, développement durable, bon/mauvais ozone SVT Pollution, polluant, atmosphère 32/22

33 SPC Satellite, astéroïdes, météorites Danger, observation, surveillance objets célestes SVT Limite KT Âge des surfaces planétaires Cratère SPC Impact Mécanique, masse et volume d un corps, poids, force, trajectoire pression, température, chaleur, énergie Cratère météoritique ou volcanique. Géologie SVT Impact trajectoire Énergie libérée volcanisme 33/22

34 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