De nombreuses situations didactiques ont été explorées pour initier un travail de réflexion paléontologique chez les élèves afin de rendre les questions d’enseignant opérantes, dont certaines sont inspirées d’un problème scientifique historique comme « D’où viennent les coquilles » (Cholley 1992 ; Deunff & Sabourdy, 1994 ; Sauvageot-Skibine, 1995, pp. 142- 146, Laperrière-Tacussel, 2002). La dévolution du problème de l’enseignant n’est pas évidente, certaines situations de départ menant à des impasses didactiques. Mais la nécessité d’aiguiser la curiosité des élèves par une énigme, l’importance de les impliquer dans un véritable problème à résoudre en regard du franchissement possible d’un obstacle, le besoin de leur faire formuler leurs propres hypothèses et conjectures dans une situation accessible mais suffisamment résistante, sont à nouveau déclinés. Voici donc rappelées les conditions didactiques essentielles parmi les douze points cernés pour définir une situation-problème favorisant l’apprentissage en géologie (Sauvageot-Skibine, 1995). Sans pour autant omettre l’environnement didactique décliné ci-dessus, nous allons opérer la centration d’une
séquence pédagogique sur la problématisation en cours de débat. C’est une alternative,
par rapport aux autres commandes d’apprentissage déjà mises à l’épreuve dans l’apprentissage de la géologie –l’exploitation d’une situation environnementale, un affleurement anticlinal dans le paysage ; l’acquisition d’un savoir, la sédimentation ; la maîtrise d’une méthode, le classement de roches par leurs propriétés ; le franchissement d’un obstacle, lors de la mise en histoire d’une falaise fossilifère- (Astolfi, 1991). Nous considérons que la dynamique du processus d’apprentissage entre la situation-problème anticipée par l’enseignant et la solution visée, aurait comme moteur fondamental d’apprentissage, la co-construction et reconstruction du problème par les élèves « Ce processus transforme un problème perçu en un problème construit ou, plus généralement en un ensemble articulés de problèmes construits (problématique) » (Fabre & Orange, 1997, p. 38). Voyons comment la forme dialogale de conduite de classe peut comprendre aussi une structure dialogique, la classe pouvant être lieu de débat scientifique (Astolfi, Peterfalvi & Vérin, 1998, p. 33). Voyons quels sont les possibles didactiques lors d’un débat en classe qui engage la transformation des explications spontanées d’élèves de CM1 par la construction des
raisons, via l’explicitation, l’argumentation et la clarification des questions en sciences paléontologiques.
5. 1 Place didactique de ce débat dans la séquence d’enseignement,
présentation de l’étude de cas
5. 1.1 Conception de la séquence globale d’enseignement de la paléontologie
Le débat repéré s’inscrit dans une séquence sur la paléontologie menée dans une classe de CM1 par un professeur des écoles, maître formateur64, en mai 2005. Cette séquence comprend quatre phases en référence au canevas de séquence65 répondant aux objectifs d’apprentissage scientifique du programme 2002 « Des traces de l’évolution des êtres vivants (quelques fossiles typiques) ; grandes étapes de l’histoire de la Terre ; notion d’évolution des êtres vivants » (MEN, 14 février 2002, p. 87). L’organigramme de la séquence pédagogique (Annexe 2) propose quatre temps d’activités en classe qui s’appuient à la fois sur les concepts didactiques de problématisation et de travail sur l’obstacle : des activités d’entrée en questionnement des élèves, des activités d’émergence de leurs conceptions, des activités d’investigation scientifique et des activités de confrontation et de structuration des connaissances. C’est une adaptation du schéma proposé initialement par l’équipe INRP (Collectif, 1985, p. 21 et p. 23), schéma interprété par ailleurs en tant que modèle
pédagogique par investigation-structuration (Astolfi & Develay, 1989, pp. 108-109). Puis
il a été repris dans ses grandes lignes pour le prototype de séquence proposé par le site de la main à la pâte (www. Lamap.fr/activités) en lien avec l’Institut National de Recherche Pédagogique et l’Académie des sciences. Par rapport à notre projet de recherche, nous considérerons trois temps, celui préparatoire au débat, le débat lui-même dont la phase révélatrice de l’obstacle artificialiste et enfin celui des phases postérieures au débat où peut resurgir ce même obstacle. La séance du débat s’intègre donc dans notre étude de cas dans les premiers moments d’une progression où les approches concrètes à partir de l’observation de la diversité des vivants et des fossiles ont été favorisées et donnent du sens à une problématisation. Celle-ci sera finalisée par des activités scientifiques d’investigation et
64 Jean-Philippe Caré est reçu professeur des écoles en 1998 dans le département du Doubs après l’obtention
d’une maîtrise et d’un DEA en biologie et physiologie végétale. Il a passé son cafipemf (Certificat d’Aptitude aux Fonctions d’Instituteur ou Professeur des Ecoles Maître Formateur) en 2003. L’objet de son mémoire portait sur l’enseignement des sciences de la vie à l’école primaire à propos de la démarche expérimentale sur la germination et croissance des plantes exploitant les ressources du jardin botanique de Besançon, Les démarches
scientifiques dans la découverte du vivant. Quel rôle le partenariat a-t-il dans la mise en projet d’une classe ?
La géologie n’est donc pas son domaine de prédilection.
65 Ministère de la jeunesse, de l’Education nationale et de la Recherche, Direction de l’enseignement scolaire,
Académie des sciences-La main à la pâte (2002). Documents d’accompagnement des programmes -Enseigner les
d’institutionnalisation du concept de fossile. Voici l’exemple de la production finale de Mathieu. Les textes produits, collectivement en classe, sont quasiment identiques à ceux des autres élèves de la classe, les dessins de la frise des étapes de la fossilisation sont personnalisés
Iconographie N°1 : Frise explicative de la fossilisation d’une ammonite
en fin de séquence pédagogique par un élève de CM1
Pour arriver à atteindre ce niveau de conceptualisation, les concepts suivants ont dû être structurés : la généralisation des fossiles à tous les vivants animaux comme végétaux et par conséquent leur nature organique d’anciens vivants.; le processus de fossilisation simultanée à la sédimentation, deux processus en plusieurs étapes qui permettent la transformation de l’animal en fossile -par épigenèse- et du sédiment sédimentaire en roche -par diagenèse- ; la fossilisation est un phénomène aléatoire et exceptionnel jusqu’à sa découverte par l’Homme. Même si, dans ce cas précis, la fossilisation des ammonites concerne un moulage interne ou
Il s’enfonce ou est recouvert de sédiments. Parfois il se décompose.
1/ L'animal ou le végétal tombe ou meurt.
Les minéraux remplacent les tissus (peau, muscle, os, carapace, coquille)
Parfois les fossiles sont découverts. Les plaques bougent et mettent le fossile à nu
externe plus qu’une épigenèse, et même si il y a survalorisation des mouvements tectoniques par rapport aux phénomènes d’érosion pour mettre à jour les fossiles, le parcours intellectuel pour objectiver cette formulation a été riche en problématisations.
5. 1.2 Les situations antérieures autour de la classification des vivants : de l’analogie des vivants actuels et passés aux conceptions initiales sur fossile et fossilisation (3 séances)
Le projet débute par une activité de tri demandée aux élèves regroupés par quatre ou cinq. Elle se situe dans un prolongement des apprentissages en cycle 2 sur la biodiversité actuelle et l'acquisition des grands repères dans la classification des vivants. L'élargissement est proposé ainsi sur le vivant passé. Le principe de recherche de critères de tri ou classement est basé sur
l’analogie entre vivants actuels et fossiles, concept fondateur du raisonnement en
paléontologie qui a été mis réellement en pratique par Lamarck lors de son chantier de réorganisation des invertébrés actuels et fossiles (Laurent, 2002, p. 349). Le matériel offert aux élèves comprend essentiellement des échantillons de coquilles actuelles et fossiles (Annexe 3) telles que celles qui ont intéressées les conchyliologistes au XVIIIe siècle, parfois fervents collectionneurs (Dezallier d’Argenville66, 1757). Tous les fossiles sont récoltés fréquemment dans la région de Besançon, ce qui permettra éventuellement de les resituer sur le terrain ultérieurement. Lors de la confrontation collective des tris proposés, différents
problèmes ont surgi : la convergence et non l’homologie font très fréquemment confondre un
corail à une plante -les élèves proposent d’appelé leur échantillon « aniplante », terme équivallent des zoophytes des naturalistes-, une ammonite et un gastéropode -tous deux nommés escargots-, un mollusque lamellibranche et un brachiopode –tous deux bivalves appelés coquillages-, ce qui soulève le problème des repères prioritaires validés dans la classification ; les animaux disparus sur Terre et leur fragment fossile ou même les « laisses »
66 Dezallier d’Argenville (1680-1765) appartenait aux Sociétés Royales des sciences de Montpellier et de
Londres. Son goût pour les sciences de la nature et sa vie dans la région de l’Hérault l’ont porté à écrire un ouvrage à succès vu le nombre rapide de rééditions (1°édition 1752 ; 2°édition 1757 ; 3° édition 1780). Ouvrage très populaire auprès des collectionneurs car il présentait deux originalités par rapport aux études précédentes, premièrement il répertoriait tout coquillage, actuel et fossile, marin, fluvial et terrestre, et deuxièmement il s’intéressait non seulement à la coquille mais à l’organisme mou pour classer les coquillages vivants. De plus il présente deux intérêts scientifiques : un lexique clarifiant les termes employés en conchyliologie qui peuvent présenter beaucoup d’homonymies à cette époque, et surtout une classification dichotomique préfigurant celle de Linné –celui-ci d’ailleurs utilisa cet ouvrage pour organiser sa propre collection-. La classification des coquilles fossiles est complétée par de très belles planches tome 2, édition 1780- p. LXVI « première planche des coquilles fossiles, les univalves », équivalent des gastéropodes et des céphalopodes (nautile, ammonites) & p. LXVII « deuxième planche des fossiles, les bivalves et multivalves »-, équivalent respectivement des lamellibranches et des oursins.
de mer67, restes incomplets des animaux actuels, posent la difficulté des reconstitutions « vraies » ; les relations entre les vivants passés et les vivants actuels sont évoquées dont en premier la pétrification des vivants « comment le vivant peut-il devenir pierre ».
Puis dans un second temps l’émergence des conceptions initiales est organisée. Le débat retenu portera essentiellement sur les deux premières questions ouvertes parmi les quatre posées initialement par l'enseignant : «Qu’est-ce qu’un fossile ? Comment se forme un fossile ? Est-ce que tu connais d'autres fossiles que ceux que nous avons vus la dernière fois ? (en référence au matériel rappelé en Annexe 3) A ton avis, à quoi sert aujourd’hui l’étude des fossiles ? ». La pluralité des questions, comme nous l’avons précisée antérieurement, permet de faire un diagnostic précis des premiers systèmes explicatifs de chaque élève. Et ces premières réponses au questionnaire initial préparent les élèves à la réflexion collective lors du débat. Elles devraient les aider à exprimer leurs modèles spontanés tout en acceptant de les proposer à la critique du groupe classe.
5. 1.3 Le débat collectif à partir de quelques conceptions initiales sélectionnées : des objets fossiles aux phénomènes questionnés de fossilisation, disparition et transformation des vivants
Après l’analyse des conceptions initiales hors temps scolaire, l’enseignant a sélectionné huit productions d’élèves. Chaque production, isolément, est présentée au tableau par l’élève concerné et en rétroprojection afin que toute la classe le visualise correctement. Cette organisation génère donc huit épisodes du débat transcrit (Séance de 60 minutes, Annexe 4) gérés sur le même mode : la classe entière réagit en posant des questions, en critiquant les idées émises, en apportant de nouveaux points de vue. Un dernier temps de cette séance est une phase collective de structuration qui a comme objectif d’organiser toutes les idées apportées lors de la discussion sur une grande affiche dont les trois rubriques –fossiles, fossilisation, âge- étaient anticipées par l’enseignant. Elle n’est plus gérée comme un temps de débat mais constitue un bilan recueillant les différentes idées échangées sur la nature des fossiles, les mécanismes de formation et leur âge (Annexe 4).
Seuls deux épisodes du débat transcrit seront retenus car ce sont les seuls à révéler chacun un problème et un obstacle convergents avec ceux repérés en histoire des sciences : celui sur le problème de l’origine des fossiles discutant de la possibilité ou non d’une fabrication humaine (Annexe 5A : texte et dessin de Clara), celui sur la nature d’un fossile discutant de sa « croissance » (Annexe 5B : textes et dessins de Margaux et Laura). Le premier épisode rappelle la discussion entre Voltaire et Guettard que nous analyserons dans le chapitre
67 Emploi courant du naturaliste pour nommer les parties organo-minérales abandonnées sur une plage : test,
suivant. Le second épisode retenu rappelle les idées de La Sauvagère que Guettard a aussi pris la peine de combattre, et qui sera analysé dans le chapitre encore ultérieur.Les autres épisodes du débat scolaire partaient sur d’autres problèmes plus éloignés du concept de fossile tels les scénarios de mort d’un animal, la décomposition, les liens de parenté entre les dinosaures, les oiseaux et les mammifères ou encore la formation de la Terre (Annexe 4).
5. 1.4 Les situations postérieures, une investigation plurielle : des objets fossiles à leurs origine, nature et formation (7 séances) ; différents rappels de l’obstacle artificialiste
Les objectifs de l’enseignant sont clairement définis pour construire l’origine naturelle des fossiles à partir d’anciens vivants animaux et végétaux non obligatoirement contemporains de l’homme. En effet l’étude des fossiles fait prendre conscience d’autres repères spatio- temporels et relativise la place de l’Homme sur Terre. Au cours de cette progression la résistance à l’obstacle artificialiste est remarquée pour certains fossiles.
L’entrée en questionnement et en projet personnel de certains élèves est démontrée par
l’apport spontané de fossiles en classe. Sans sollicitation de l’enseignant, Justine a apporté
d’une part un moulage interne de gastéropode -une turritelle-, pris pour une griffe de dinosaure ou une colonne vertébrale et d’autre part un rostre de bélemnite, pris pour un « missile en miniature ». Ce fut un premier rappel de l’obstacle artificialiste.
Puis le second affrontement à ce même obstacle eut lieu lors de l’investigation scientifique principale, la sortie géologique au pied d’une butte témoin constituée de marnes oxfordiennes dans les environs proches de Besançon. Ce gisement fossilifère datant de 156 millions d’années environ est intéressant par la diversité des échantillons dont des groupes disparus, leur bonne conservation car ils sont souvent épigénisés en pyrite et leur prélèvement facile dans une marne pouvant être très meuble par temps pluvieux. De nombreuses ammonites, céphalopodes disparus à coquille planispiralée, présentent une grande variété de morphologie et d’ornementation. Des bélemnites, autres céphalopodes disparus, sont archivées par leurs rostres nombreux. En complément des restes d’organismes nageurs cités précédemment, des restes d’organismes benthiques comme ceux des crinoïdes sont aussi très abondants. Quelques térébratules et de rares lamellibranches et gastéropodes peuvent compléter la récolte. Ainsi la plupart des fossiles récoltés sont des êtres vivants inconnus des élèves très éloignés de leurs références quotidiennes. En conséquence leur questionnement était favorisé. A la fin de la sortie, l’ensemble de la récolte fut mis en commun et exposé afin que chacun prenne connaissance des découvertes respectives. Suite à la consigne du maître de trier les différents objets récoltés en trois catégories, fossiles, non fossiles et ce sur quoi les élèves doutaient, plusieurs remarques d’élèves faisaient resurgir l’obstacle artificialiste : « on pourrait en
fabriquer (des fossiles) » dit Antoine; « Moi je dis que c’est un bout de fer » dit Alice en désaccord avec d’autres élèves. Des nombreux fossiles récoltés sont intrigants, surtout les morceaux de tige de crinoïdes ou les articles isolés correspondants ainsi que les rostres de bélemnites. La séance suivante en classe reprit les objets récoltés douteux en considération et un nouveau débat eu lieu aboutissant à l’émission d’hypothèses nombreuses dont
l’artificialisme très prégnant, les élèves acceptant de ne pas pouvoir trancher à cette étape
de la démarche. A nouveau, de par la forme ambiguë des fossiles de crinoïdes, le problème resurgit de la frontière entre le monde naturel –« une plante, un corail, une colonne vertébrale ou une vertèbre, des insectes bizarres, un animal qui avait du fer sur lui »- et le monde technologique - « un bout de fer, un silex, une pièce de machine »-. En conséquence une
recherche principale à propos des crinoïdes s’est instaurée, motivant les élèves mis devant
une véritable énigme qui donnait du sens aux apprentissages scientifiques. Malgré des activités d’investigations diversifiées, l’objet fossile résiste toujours à dévoiler la solution. Les arguments de preuve ne sont pas jugés suffisants et consensuels dans la classe tandis que l’enseignant maintient le suspens. La sollicitation par courrier du conservateur du muséum d’histoire naturelle Cuvier à Montbéliard garantira la solution exacte et valorisera l’hypothèse la plus proche fournie par les élèves (Annexes 6).
5. 2 Le corpus de données,
support du débat en classe: les
conceptions initiales sur la nature et l’origine des fossiles, leur
procesus de formation
5. 2.1 Un outil transposable d’analyse des conceptions initiales
L’exploitation pédagogique et l’exploration didactique des conceptions initiales des élèves et des obstacles associés, sont au cœur de nombreuses recherches en didactique depuis les années 1970 (Astolfi & al. ., 1997, pp. 147-157 ; Reuter, 2007, pp. 197-202). Elles restent cependant encore incomplètement exploitées par les professeurs des écoles ou de collège. Or une des conditions didactiques favorables pour un débat généré à partir des conceptions initiales des élèves, est la nécessité d’une analyse par l’enseignant. Des organigrammes leurs sont proposés pour cerner objectifs et obstacles à l’apprentissage des concepts de fossile et fossilisation (Sauvageot-Skibine, 1995, p. 151 ; Laperrière-Tacussel, 2002, p. 94). Nous avons préféré proposer aux enseignants un outil didactique différent permettant de les guider parmi la diversité et la complexité de l’ensemble des conceptions initiales individuelles à prendre en compte. C’est un outil méthodologique non prescriptif qui offre des pistes plurielles d’analyse des conceptions initiales, analyse à la fois spécifique et exhaustive de chaque classe. Ce n’est pas un outil didactique "clé en main", l’enseignant est guidé de façon interactive pour
prendre en considération toutes les idées des élèves et les organiser afin d'optimiser la séance de confrontation des conceptions initiales. L’outil favorise la recherche autonome par l'enseignant des problématiques liées aux conceptions initiales. Basé sur un principe de
classement de critères génériques, cet outil guide l’enseignant à repérer les différentes idées
spécifiques mobilisables dans sa classe puis à discerner les grandes typologies d’idées. Celles- ci peuvent être complémentaires ou opposées et de nature différente, des erreurs, des obstacles épistémologiques ou des savoirs validés par la communauté scientifique (Annexe 1). L’enseignant les prend tous en charge avec empathie. Cet outil reproduit la méthodologie dichotomique de sérier des ressemblances et des différences parmi les idées des élèves comme les naturalistes l’ont fait quand ils ont tenté de prendre des repères au sein de la diversité des vivants pour cerner l’unité organisationnelle et fonctionnelle du vivant. Ils ont essayé d’approcher un ordre et des lois parmi un chaos apparent. De même les variants et les invariants de la pensée humaine d’une classe tentent d’être ainsi canalisés à une échelle beaucoup plus modeste bien sûr. L’enseignant peut ainsi clarifier le réseau d’idées et de questions qui sont suceptibles d’être débattues par la communauté scolaire. Il sélectionnera quelques productions d’élèves pour les soumettre à la critique du groupe classe soit parce qu'elles s'opposent, soit parce qu'elles sont erronées, soit parce qu'elles constituent un obstacle. Cet outil veut d’une part rassurer l’enseignant en limitant la prise de risque des décisions en actes effectuées dans l’urgence et dans l’incertitude (Perrenoud, 1999). Mais aussi il a comme objectif de lui permettre de maîtriser au mieux la conduite du débat car le contrôle plus ou moins conscientisé par l’enseignant des échanges verbaux en interaction avec des « non-dits partagés » conditionne l’avancée de la problématisation (Orange, 2005, p. 85). L’enseigant devrait être ainsi mieux armé pour piloter les élèves dans une problématisation en cours de débat. De même que les élèves sont aussi mieux préparés à s’engager dans un débat argumenté à partir des observations de fossiles et des idées mobilisées à leur propos. La séance que mène l’enseignant veut être une séance de confrontation des idées divergentes et des premières raisons sans rester au stade de simple séance de présentation.