Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique

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1 Le domaine des sciences et des technologies a longtemps été étranger à celui de la culture. Même de nos jours, le mot culture évoque surtout la littérature, l histoire, les arts visuels, la musique, la mythologie gréco-romaine et tout ce qui constitue les «humanités» classiques. Pourtant, dans nos sociétés qui font face à des mutations rapides, comprendre son environnement naturel et technique et prendre part aux décisions qui l affectent sont indispensables, ce qui explique que les sciences et les technologies imprègnent tous les aspects du discours politique et économique contemporain, et font maintenant partie des préoccupations constantes des gouvernements, des entreprises, des établissements d enseignement, des médias et des individus. Dans ce contexte, on peut définir la culture scientifique et technologique comme un ensemble de connaissances et de compétences, en sciences et en technologies, qui se reflètent dans les représentations, les valeurs et les comportements des citoyens et des sociétés. En retour, ces valeurs et comportements individuels et sociaux peuvent influencer l orientation donnée au développement des sciences et des technologies. Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique, qui vise à faciliter l acquisition d une culture scientifique et technologique de base (au sens défini ci-dessus), a d abord été conçu pour les étudiantes et étudiants des programmes de formation à l éducation préscolaire et à l enseignement primaire qui doivent suivre un cours général de sciences et de technologies avant de s inscrire à d autres cours portant plus particulièrement sur l enseignement et l apprentissage des sciences. Il pourra toutefois intéresser quiconque souhaite rafraîchir sa culture scientifique et technique et l enrichir. Comme le titre de l ouvrage l annonce, chacun des chapitres s ouvre par un questionnaire qui permet de tester ses connaissances dans le domaine. Les réponses sont données au début de chacune des sections du chapitre. 1

2 Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique Les concepts, les lois et les théories scientifiques, de même que les princi pales techniques, sont présentés de la façon la plus accessible possible et leur compréhension ne nécessite pas de connaissances préalables en sciences ou en mathématiques. Une perspective historique permet aussi d associer les principales découvertes et inventions aux grands noms de l histoire des sciences et des techniques, et de les situer dans le contexte des époques où elles se sont produites. Par ailleurs, l approche retenue se caractérise par le fait qu elle tient compte, pour les concepts présentés, des conceptions non scientifiques les plus fréquentes. Elle permet l acquisition graduelle de connaissances scientifiques et technologiques par l intermédiaire d une confrontation constante entre, d une part, les conceptions les plus fréquentes chez les élèves, les étudiants et le grand public et, d autre part, les concepts, les lois et les théories généralement admis par la communauté scientifique contemporaine. Des recherches montrent en effet que l évolution des conceptions d une personne qui étudie les sciences a d autant plus de chances de se produire qu une confrontation lui permet de ressentir une insatisfaction à l égard de ses propres conceptions, que les nouveaux concepts présentés lui paraissent intelligibles et plausibles et, enfin, que ces nouveaux concepts lui semblent féconds, c est-à-dire qu ils 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 aux conceptions habituelles, mais doit néanmoins prendre racine dans ces mêmes conceptions. L ouvrage est divisé en sept chapitres et deux annexes. Le premier chapitre, qui présente d abord la nature de l activité scientifique, expose ensuite diverses conceptions des mécanismes de la découverte scientifique et se termine par la présentation de la nature des techniques et des technologies. Les six chapitres suivants, qui constituent l essentiel de l ouvrage, traitent de la physique, de la chimie, de l astronomie, des sciences de la Terre, de la biologie et, enfin, des techniques et des technologies. Chacun de ces chapitres comporte un ensemble de concepts scientifiques qui, comme tous les concepts qui font l objet d un enseignement, sont le résultat d une sélection et d une transformation du savoir savant. Dans le cas présent, la sélection a surtout consisté à retenir les concepts qui doivent constituer une culture scientifique de base ainsi que ceux qui sont les plus importants pour faciliter l apprentissage des sciences à des niveaux supérieurs. La transformation, 2

3 quant à elle, a eu pour conséquence inévitable dans un ouvrage de ce genre de présenter ces concepts de façon morcelée et en leur conférant un caractère quelque peu dogmatique. La consultation des ouvrages indiqués dans la bibliographie permettra de bénéficier d une présentation plus complète des notions scientifiques abordées. Des percées historiques majeures sont décrites au fil du texte. Plusieurs de celles-ci sont considérées comme de grandes découvertes. Dans le domaine des sciences, cependant, une découverte est avant tout une création ou une invention intellectuelle, puisqu il n existe pas de boîte aux trésors où seraient cachées 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 utilisation pour une espèce de champignons, par exemple. Dans chacun des chapitres se trouvent également des tableaux qui indiquent les conceptions non scientifiques les plus fréquentes, accompagnées des raisons d être ou des explications de ces conceptions, ainsi que du concept scientifique correspondant à chacune de ces conceptions. Les conceptions fréquentes apparaissent dans la première colonne. Sans être exhaustive, la liste des conceptions constitue néanmoins un échantillon représentatif d idées souvent exprimées par les enfants, les adolescents ou les adultes. Les explications des conceptions figurent dans la deuxième colonne des tableaux. Chacune de ces explications est la principale raison pour laquelle la plupart des personnes qui adhèrent à cette conception considèrent que c est un concept scientifique. Ces explications sont de divers types, et il serait sans doute impossible d en faire une typologie rigoureuse, mais certains types sont plus fréquents que d autres. En voici quelques exemples : Le sens commun est ce qui semble évident à première vue. Par exemple, étant donné qu il semble toujours possible de séparer un fragment de matière en fragments plus petits, on pourrait croire que la matière peut être subdivisée à l infini. Une impression sensorielle est basée sur un ou plusieurs sens. Par exemple, étant donné qu un solide donne l impression, au toucher, d être plus compact qu un liquide, on pourrait croire que la glace est plus dense que l eau. 3

4 Tester et enrichir sa culture scientifique et technologique Le langage courant comporte des mots ou des expressions qui ne sont pas de nature scientifique. Par exemple, étant donné que les unités de masse, telles que les grammes et les kilogrammes, sont habituellement employées pour mesurer des poids, on pourrait croire que la masse et le poids sont des concepts équivalents. La généralisation consiste à appliquer à d autres phénomènes ou substances les propriétés connues pour quelques-uns. Par exemple, en se basant sur les propriétés des métaux les mieux connus, on pourrait croire que tous les métaux sont solides, durs et brillants. Le lien direct consiste à relier directement deux phénomènes entre eux. Par exemple, si un lien direct est établi entre le passage de l état liquide à l état gazeux et la chaleur, on pourrait croire que l évaporation d un liquide réchauffe la surface sur laquelle il se trouve. Un exemple erroné peut être relativement courant. Par exemple, étant donné que la buée et les nuages sont parfois présentés comme étant des exemples de vapeur d eau, on pourrait croire que la buée et les nuages sont de l eau à l état gazeux. Une vieille croyance se perpétue parfois dans les croyances populaires. Par exemple, la croyance en l influence des signes du zodiaque sur la vie des êtres humains ou l explication des traits physiques d un enfant par le mélange du sang de ses parents sont encore fréquentes de nos jours. Une pratique ancienne peut aussi laisser des traces. Par exemple, l incinération des déchets ayant longtemps été une pratique courante, on pourrait croire que c est une excellente façon de réduire le nombre et la taille des dépotoirs. Une condition nécessaire, mais non suffisante peut être confondue avec une condition nécessaire et suffisante. Par exemple, étant donné que de l eau potable est presque toujours limpide (condition nécessaire), on pourrait croire qu il suffit de rendre de l eau limpide (condition non suffisante perçue comme étant suffisante) pour qu elle devienne potable. Les concepts scientifiques correspondant à chacune des conceptions non scientifiques sont présentés dans la troisième colonne des tableaux. 4

5 En ce qui regarde les annexes, la première présente les grands noms de la science et de la technologie. La seconde annexe donne la liste des principales unités de mesure employées en sciences et en technologies. Bien qu il ne puisse tenir lieu de formation scientifique spécialisée, le présent ouvrage aura atteint son but s il contribue à une meilleure compréhension du monde matériel et vivant qui nous entoure, à la formation d un esprit critique, à l acquisition de valeurs compatibles avec le respect de l environnement et à la prise de décisions, individuelles et collectives, bénéfiques pour l ensemble de la société. Remerciements Je tiens d abord à remercier mes étudiantes et étudiants du programme de formation à l éducation préscolaire et à l enseignement primaire de l Université de Montréal ; leurs questions, leurs commentaires et leurs suggestions me permettent d améliorer constamment mes cours de didactique des sciences et des technologies. Je suis particulièrement reconnaissant à M. Jean-Marc Gagnon et à Mme Lise Morin, des Éditions MultiMondes, de la compétence, de l enthousiasme et de la disponibilité dont ils ont fait preuve et qui ont grandement facilité la réalisation du présent ouvrage ainsi que de mes ouvrages précédents. 5