l'investigation dans l'enseignement des sciences
TRANSCRIPT
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