Notions de culture scientifique et technologique a d abord été conçu pour les étudiants et les étudiantes des programmes de formation à l éducation

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1 Notions de culture scientifique et technologique a d abord été conçu pour les étudiants et les étudiantes des programmes de formation à l éducation préscolaire et à l enseignement primaire qui doivent suivre un cours général de sciences et de technologie avant de s inscrire à d autres cours portant plus particulièrement sur l enseignement et l apprentissage des sciences. Cet ouvrage pourra aussi attirer l attention de quiconque s intéresse au savoir scientifique, car il vise à faciliter la compréhension des mécanismes de la découverte scientifique et l acquisition d une culture scientifique et technologique de base. L approche retenue se caractérise d abord par une présentation du savoir scientifique accessible à toute personne instruite. La compréhension des concepts abordés ne nécessite pas de connaissances préalables en sciences ou en mathématiques. L approche se caractérise également par la présentation d une perspective historique, qui vise à montrer en quoi certaines lois et théories fondamentales représentaient des percées importantes pour la communauté scientifique de l époque. Des concepts et des théories historiques tels que le calorique, le phlogistique, le modèle géocentrique du système solaire, le vitalisme et le créationnisme sont ainsi présentés, de même que les raisons pour lesquelles d autres concepts et théories les ont supplantés. Mais l approche se caractérise surtout par le fait qu elle tient compte, pour les concepts présentés, des conceptions correspondantes les plus répandues dans la population scolaire et dans le public en général. Elle permet l acquisition graduelle de connaissances scientifiques et technologiques par le biais d une confrontation constante entre, d une part, les conceptions généralement admises par la communauté scientifique contemporaine et, d autre part, les conceptions les plus fréquentes chez les élèves, les étudiants et le grand public.

2 Notions de culture scientifique et technologique Des recherches montrent en effet que les conceptions d une personne qui étudie les sciences ont d autant plus de chances d évoluer qu une confrontation permet à cette personne de ressentir une insatisfaction à l égard de ses propres conceptions, que les nouvelles conceptions présentées lui paraissent intelligibles et plausibles et, enfin, que les nouvelles conceptions lui semblent fécondes, c est-à-dire lui permettent d expliquer des phénomènes qui paraissaient difficilement explicables à l aide de ses conceptions habituelles. L apprentissage des sciences, dont le succès repose sur un certain paradoxe, nécessite donc une rupture par rapport au monde des conceptions habituelles, mais doit néanmoins prendre racine dans ces mêmes conceptions. Le volume est divisé en huit chapitres et en trois annexes. Le premier chapitre, qui présente d abord une définition des sciences, la nature de l activité scientifique et la structure des savoirs scientifiques, expose ensuite diverses conceptions des mécanismes de la découverte scientifique. Les caractéristiques fondamentales des sciences et de l apprentissage des sciences sont dégagées de l une de ces conceptions, appelée le «correctionnisme». Les sept chapitres suivants, qui constituent l essentiel du volume, traitent de la physique, de la chimie, de l astronomie, des sciences de la Terre, de la biologie, de la technologie et des mathématiques. Chacun de ces chapitres présente un ensemble de concepts scientifiques. Ceux-ci, comme tous les concepts qui font l objet d un enseignement, sont le résultat d une sélection et d une transformation de savoirs savants. Dans le cas présent ont été retenus surtout les concepts qui constituent une culture scientifique de base, et ceux qui sont les plus importants pour faciliter l apprentissage des sciences à des niveaux supérieurs. La transformation, quant à elle, a permis de présenter ces concepts de façon morcelée et de leur conférer un caractère quelque peu dogmatique. Les ouvrages énumérés dans la bibliographie offrent une présentation plus complète des notions scientifiques abordées. Les percées historiques majeures sont décrites dans des encadrés, sous les concepts qui s y rapportent. Plusieurs de ces percées sont présentées comme de grandes découvertes. Dans le domaine des sciences, cependant, une découverte est d abord et avant tout une création ou une invention intellectuelle, puisqu il n existe pas de boîte aux trésors où seraient cachées, par exemple, la théorie de la relativité, la théorie cellulaire ou la théorie de la dérive des continents. Même une découverte comme celle de la pénicilline est en fait l invention d une nouvelle façon d utiliser les champignons. 2

3 Dans chacun de ces chapitres se trouvent également des tableaux qui présentent les conceptions non scientifiques les plus fréquentes ainsi que le mécanisme d élaboration et le concept scientifique correspondant à chaque conception. Les conceptions fréquentes se retrouvent dans la première colonne des tableaux. Elles proviennent en partie de la recension de plusieurs ouvrages et articles de didactique des sciences, mais elles sont surtout le fruit de recherches que nous menons depuis plusieurs années. La liste des conceptions présentées n a pas la prétention d être exhaustive, mais elle constitue néanmoins un échantillon représentatif des idées souvent exprimées par les enfants, les adolescents ou les adultes. On remarquera, sans toutefois en faire une règle générale, que certaines de ces conceptions fréquentes ressemblent aux conceptions historiques décrites dans les encadrés portant sur les percées historiques. Il semble bien, en effet, que certaines conceptions historiques, telle la «théorie» du mélange des sangs évoquée pour expliquer les mécanismes de l hérédité, se perpétuent dans la culture populaire, de génération en génération. Les mécanismes d élaboration de telles conceptions se retrouvent dans la deuxième colonne des tableaux. Ces mécanismes, qui sont en fait les justifications évoquées pour expliquer les conceptions fréquentes, peuvent être regroupés en cinq grandes catégories: l inférence, la restriction, l extension, l établissement d un lien direct entre deux idées et la formation d une catégorie mentale générale. L inférence consiste à passer d une idée à une autre, jugée pertinente en raison de son lien avec la première. Par exemple, quelqu un qui sait que les animaux et les êtres humains expirent du gaz carbonique et que les voitures et les usines rejettent aussi du gaz carbonique pourrait être porté à inférer que l air contient une proportion importante de gaz carbonique. Mais en fait, la proportion de gaz carbonique dans l air est minime, de l ordre de 0,03%. La restriction consiste à appliquer une connaissance à un domaine plus restreint que celui auquel elle s applique réellement. Par exemple, une personne qui sait qu une carabine recule vers l arrière lorsqu on tire une balle peut penser que la troisième loi de Newton, qui stipule que l action d une force dans une direction implique la réaction d une force dans la direction opposée, ne s applique qu à des objets en mouvement. Cependant, la loi de l action et de la réaction s applique à toutes les forces. Si une tasse posée sur une table ne tombe pas sur le sol, c est que la table oppose une force égale à l attraction gravitationnelle qui agit sur la tasse. 3

4 Notions de culture scientifique et technologique L extension consiste à appliquer une connaissance à un domaine plus vaste que celui auquel elle s applique réellement. Par exemple, quelqu un qui a déjà fait l expérience de mélanger des jus de fruits ou des gouaches de diverses couleurs peut penser que tous les liquides se mélangent très bien les uns aux autres. Mais en fait, certains liquides, telles l eau et l huile, ne se mélangent pas. L établissement d un lien direct entre deux idées peut être illustré par l exemple suivant. Une personne qui a déjà remarqué que l ébullition de l eau est plus vive quand la température de l élément d une cuisinière est plus élevée peut penser que l eau en ébullition vive est plus chaude que l eau en ébullition lente. Cependant, on peut facilement vérifier, avec un thermomètre, que la température de l eau en ébullition vive est la même que la température de l eau en ébullition lente, soit 100 C. Enfin, la formation d une catégorie mentale générale pour plusieurs objets, êtres vivants ou phénomènes peut être illustrée par l exemple suivant. Quelqu un qui sait qu il est possible de faire tenir un trombone à la surface de l eau, en le déposant doucement, peut penser qu il s agit d un exemple d objet qui flotte, tout comme le cure-dent ou l allumette. Mais en fait, le trombone métallique, contrairement au cure-dent ou à l allumette, est plus dense que l eau et ne flotte donc pas, mais est simplement retenu à la surface par la tension superficielle de l eau. Ces mécanismes d élaboration de conceptions ne sont pas parfaitement étanches et l élaboration de certaines d entre elles peut s expliquer, par exemple, à la fois par une extension et la formation d une catégorie générale. De plus, bien qu ils aient été corroborés auprès d un grand nombre de personnes, les mécanismes d élaboration des conceptions sont plus subjectifs que les conceptions elles-mêmes, car leur description repose, en dernière analyse, sur notre propre interprétation. Les concepts scientifiques correspondant à chacune des conceptions non scientifiques sont présentés dans la troisième colonne des tableaux. Chacun des chapitres 2 à 8 se termine par une chronologie de l histoire de la discipline faisant l objet du chapitre. Enfin, un index alphabétique complète les huit chapitres de l ouvrage, ainsi que cette introduction. La première annexe présente les grands noms de la science et de la technologie. La deuxième annexe donne la liste des principales unités de mesure utilisées en science. La troisième annexe traite de la vulgarisation 4

5 scientifique. Elle présente une analyse des principaux obstacles à la vulgarisation, ainsi que des façons des les surmonter, et se termine par une définition qui assimile les textes de vulgarisation à des œuvres ouvertes, au sens où l on entend l expression dans le domaine artistique. Bien qu il ne puisse tenir lieu de formation scientifique spécialisée, cet ouvrage aura atteint son but s il contribue à un élargissement des horizons scientifiques et à la formation d attitudes positives à l égard de l apprentissage des sciences et de la technologie. 5