Épistémologie et didactique des sciences et de la technologie. (Introduction)
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1. Comment mettre en oeuvre la démarche d'investigation ?
2. Des concepts utiles en didactique pour favoriser l'apprentissage et enseigner
2.1. Champ conceptuel
2.1.1. La notion de champ conceptuel intervient dans l'acte d'apprendre. Le champ conceptuel caractérise un ensemble de problèmes appartenant à une même famille au sein de laquelle certains sont faciles à résoudre, d'autres nécessitent un plus long temps d'apprentissage et d'autres encore provoquent longtemps un échec répété sans qu'il soit évident de comprendre ces différences. Cette notion laisse entrevoir la possibilité de repérer les principales filiations entre problèmes d'un même champ, identifier les nœuds de difficulté, comprendre les points de résistance et les passages obligés pour la construction à long terme d'un concept.
2.1.2. Concept introduit par Vergnaud en didactique des mathématiques.
2.1.3. Notion proche des réflexions de Piaget : l'ordre des acquisitions au sein d'un même espace de problèmes est souvent inattendu.
2.1.4. (Source: Astolfi : La saveur des savoirs; p140).
2.2. Les objectifs-obstacles
2.2.1. Intervient dans l'acte d'enseigner. Il s'agit de repérer autour d'une notion à enseigner ce qui dans les pré-conceptions des apprenants constitue un obstacle pour eux à sa compréhension. L'objectif étant de les amener à dépasser cet obstacle qui émerge d'une situation et les oblige à déconstruire leur système explicatif initial inopérant ou non pertinent.
2.2.2. Concept introduit en didactique de la physique par Jean-Louis Martinand (1986).
2.2.3. Notion proches de celles de Bachelard: des «déconstructions » intellectuelles sont indispensables pour qu'un progrès soit possible
2.3. La zone proximale de développement
2.3.1. [Les] apprentissages sont particulièrement efficaces dans les situations intermédiaires, ni trop faciles ni trop difficiles... Entre les deux, se place cette fameuse zone proximale, particulièrement stimulante parce que génératrice de défi... tout en restant accessible.
2.3.2. Concept introduit par le psychologue russe Lev Vygotski
2.3.3. Les possibilité d’apprentissage ne sont plus considérées comme limitées par l'état de développent intellectuel de l'enfant (Piaget). Par conséquent, il est bien venu de lui proposer des situations d'apprentissage qui anticipent son développement et ainsi l'accélèrent. (Astolfi : La saveur des savoirs; p150).
3. Amener les élèves au questionnement scientifique
3.1. La démarche scientifique: problèmes, paradigmes et questionnements
3.1.1. « L'esprit scientifique nous interdit d'avoir une opinion sur des questions que nous ne comprenons pas, sur des questions que nous ne savons pas formuler clairement. Avant tout, il faut savoir poser des problèmes. Et, quoi qu'on en dise, dans la vie scientifique, les problèmes ne se posent pas d'eux-mêmes. » Gaston Bachelard. (Source : Courtillot et Ruffenach). «L'acquisition d'une connaissance passe toujours par un questionnement préalable. (Gaston Bachelard )». [selon Bachelard] l'enseignement des résultats de la science n'est pas un enseignement scientifique... Cela suppose que l'élève s'interroge sur le pourquoi de chaque épisode didactique, qu'il anticipe sur le sens à construire... ." (Astolfi : La saveur des savoirs; p44, 48, 49)
3.1.2. « contrairement à ce que l'on croit souvent, la démarche scientifiquene consiste pas à observer, à accumuler des données expérimentales pour en déduire une théorie. On peut parfaitement examiner un objet pendant des années sans jamais en tirer la moindre observation d'intérêt scientifique. Pour apporter une observation de quelque valeur, il faut déjà, au départ, avoir une idée de ce qu'il y a à observer. Il faut décider de ce qui est possible. (François Jacob)». Source :Christian Orange; "enseigner les sciences" p16.
3.1.3. [Thomas] Kuhn propose une conception de la science et du progrès scientifique qui accorde une place non négligeable aux facteurs psychologiques et surtout sociaux, et qui a en outre ceci d'original que sont mis en évidence certains aspects non verbaux de l'activité scientifique. La science est d'après Kuhn essentiellement une activité de résolution d'énigmes qui se développe à partir d'un schéma en quatre étapes: science normale (paradigme 1) --> crise--> science extra-ordinaire-->révolution scientifique -->science normale (paradigme 2) -->crise... La pré-science et la science parvenue à maturité se distinguent en ce que la première est une activité désordonnée - une succession plus ou moins hasardeuse de conjectures et de réfutations -, tandis que la seconde présuppose une structure organisatrice appelée paradigme. Le paradigme nomme un ensemble de contenus théoriques et de méthodes admis par tous les membres d'une communauté scientifique : il oriente la recherche et cirmente le groupe (exemple: le paradigme newtonien, ou le paradigme quantique). Source : Léna Soler: Introduction à l'épistémologie.
3.2. Les points essentiels à retenir pour enseigner une démarche scientifique
3.2.1. *Une question est une phrase interrogative qui amène une réponse attendue unique, incontestable... Une question n'est pas un problème. Une question appelle une réponse, alors qu'un problème appelle une procédure de résolution. (Source : Courtillot et Ruffenach)
3.2.2. *Un problème doit permettre des questionnements (ou à défaut des questions) qui nécessitent la recherche d'une réponse de nature explicative et non une opinion ou l'énoncé d'un résultat.
3.2.3. *Un questionnement est une phrase interrogative qui entraîne une démarche de recherche pour y apporter une éventuelle réponse. (Source : Courtillot-Ruffenach)
3.2.4. La démarche d'investigation ainsi que la démarche de résolution de problème favorisent la confrontation des idées entre élèves travaillant en groupe (conflit socio-cognitif) et celle entre l'activité proposée et leur pré-conception (conflit cognitif). Elles réunissent les conditions d'une amorce d'apprentissage durable. Apprendre c'est changer, se transformer !!
3.3. La représentation et les pré-conceptions des apprenants...Quel intérêt ?
3.3.1. Une interprétation erronée pour le physicien peut être tout à fait fonctionnel pour l'élève car elle a une efficacité prédictive relativement satisfaisante pour lui, dans de nombreuses situations. Par ailleurs, toute modification intellectuelle de l'approche qu'il met habituellement en oeuvre représente pour lui un coût cognitif important et le déstabilise (conflit cognitif)... Le sens qu'il donne aux informations qu'on lui fournit passe aussi par le filtre de ses pré-conceptions. L'enjeu est de faire prendre conscience à l'élève de ses modes actuels de pensée, en s'attachant à lui faire percevoir les limites de sa fonctionnalité.
3.3.2. Il est utile d'exploiter les représentations, pré-conceptions, les pré-savoirs structurés de l'élève comme point d'appui pour concevoir des situations d'apprentissage. Le but didactique visé étant l'invalidation de ces représentations ou pré-conceptions.
3.3.3. Exemples de couples de concepts permettant de mettre à nu des pré-conceptions erronées ou en cours de structuration: force/direction du mouvement; chaleur/température; masse/volume; forme/volume...
3.3.4. Source : (Lemaignan et Weil: construire des concepts en physique)
3.4. Quelques réflexes à développer pour enseigner les sciences
3.4.1. S'entraîner à s'intéresser aux conceptions (pré-conceptions, représentations,...) des élèves, à réagir à leur curiosité, à les aider à transformer leur étonnement en questionnement.
3.4.2. Faire en sorte que la compétence pour enseigner les sciences et la technologie s'appuie sur les compétences déjà présentes ou en cours de construction dans les autres disciplines enseignées.
3.4.3. Mettre en oeuvre le plus souvent possible les démarches d'investigation, de résolution de problème et expérimentales (physique), de réalisation (technologie). Quelques points isolés mais importants du programme pourront être développés dans le cadre de démarches classiques (déductive, inductive, ....).
3.4.4. Pour aborder les éléments du programme, on peut entrer par les compétences ou par les objectifs disciplinaires visant des obstacles que l'élève doit et peut franchir pour maîtriser les attitudes, savoirs et savoir-faire scientifiques et technologiques.
3.4.5. Source : Coué_Vignès (découverte de la matière)
4. Définitions/Glossaire
4.1. Science
4.1.1. « Ensemble de connaissances, d'études d'une valeur universelle, caractérisées par un objet (domaine) et une méthode déterminés, et fondées sur des relations objectives vérifiables.» (source : Petit Robert)
4.1.2. « Discipline qui prend la connaissance scientifique pour objet.» (source : Larousse)
4.2. Épistémologie
4.2.1. Science qui étudie et évalue la nature, la portée et la valeur des principes, des concepts, des méthodes et des résultats d'un domaine de savoirs.
4.3. Didactique
4.3.1. Ensemble des transformations du savoir et des stratégies liées à une discipline pour rendre le savoir accessible à un niveau donné (Courtillot et Ruffenach : enseigner les sciences physiques de la 3ième à la terminale).
4.4. Pédagogie
4.4.1. Conditions de transmission du savoir "savant" : organisation, activités, productions, gestion, régulation déployées par l'enseignant pour favoriser l'apprentissage de l'apprenant. C'est en quelque sorte l' ingénierie didactique.
4.5. Démarche pédagogique
4.5.1. Manière spécifique d'organiser les relations entre : * la pédagogie (activités déployées en vue de favoriser un apprentissage), * la didactique (situation de transfert du savoir) et *l'apprentissage, afin de : mener la classe, mettre au travail et en situation d'apprentissage des élèves en fixant des modes d'intervention (interactions, productions, régulation...) et des techniques (travail en groupe, jeux de rôle, brainstorming,...)
4.5.2. Sources: *Pelpel : se former pour enseigner; p 51, 58 et 59. *F. Bernard: la démarche d'investigation; p78.
4.6. Méthode d'enseignement
4.6.1. Trois niveaux d'impact dans l'activité pédagogique: *la production de l'élève et/ou de l'enseignant (motivation, intérêt des élèves, sens accordé à l'activité proposée), *la gestion de l'activité (rôle du professeur, autonomie, initiative des élèves) et *la régulation (interaction élève-élève et élève-prof)
4.7. Concept
4.7.1. Un concept est une idée générale admise par tous (ex. : un carré) ou par un groupe (ex.: dualité onde-particule), à laquelle est donné un nom qui sert d'étiquette (référant) . Un concept possède une extension (référé) c.à.d. un ensemble des "objets" désignés par ce concept. Il définit des attributs essentiels (matériels, géométriques, fonctionnels,...) qui caractérisent les objets qu'il désigne.
4.7.2. "Beaucoup de concepts sont utilisés au cours de notre vie; la construction de certains ne se fait que lentement... Un concept ne se construit pas en une fois" Astolfi: Aider les élèves à apprendre; p 123.
4.7.3. "...Chaque épisode où l'on rencontre un mot [un concept] va ajouter en mémoire sémantique une parcelle de sens...Il faut au moins six contextes de répétitions pour qu'il y ait une augmentation notable de la signification" . Lieury: Mémoire et réussite scolaire; p 42-43.
5. Des éléments d'analyse didactique à la transposition didactique.
5.1. La transposition didactique consiste à transformer un objet de savoir savant en un objet de savoir à enseigner. On peut considérer quatre types d'éléments d'analyse permettant cette transformation :
5.2. Éléments épistémologiques :
5.2.1. En amont de la réflexion pédagogique: Rechercher, dans l'histoire des sciences et des techniques, les éléments permettant la compréhension des concepts qui fonctionnent, les obstacles à leur évolution, leur arrivée dans l'enseignement. Connaître les savoirs en jeu et leurs liens dans le champ disciplinaire ainsi que leurs relations. Analyser des pratiques sociales
5.3. Éléments sociologiques :
5.3.1. Examiner le fonctionnement des concepts, leurs pratiques sociales, leurs niveaux de formulation, leur transposition afin de les aménager, sans les dénaturer, des pratiques sociales en relation avec un métier ou non (activités, matériels, méthodes, attitudes), pour les rendre compatibles avec un âge donné de la scolarité;
5.4. Éléments pédagogiques :
5.4.1. Déterminer le mode d'intervention en tant qu'enseignant, les situations de transfert et d'appropriation des savoirs savants, les objets et les phénomènes qui concernent les notions à enseigner ;
5.5. Éléments psychologiques :
5.5.1. En aval de la réflexion pédagogique: analyser des situations de classe, les représentations et pré-conceptions des élèves, leurs modes de raisonnement, le décryptage qu'il font des attentes de l'enseignant. Choisir, au sein de toutes les connaissances (références théoriques), les notions à intégrer, et adapter leurs niveaux de formulation;