Cette thèse vise à apporter des éléments de réponse à propos de l'efficacité d'un enseignement adoptant une approche systémique sur les apprentissages d’élèves de CM1 concernant les enjeux de société liés à l'énergie. Pour cela, elle propose de répondre à la question de recherche suivante :
La condition « usage de systèmes biotiques » dans plusieurs tâches de séances sur l'énergie augmente-t-elle l'efficacité de cet enseignement sur les apprentissages des élèves de cycle 3 concernant l’action « reconstituer des systèmes énergétiques complets » ?
Cette efficacité a été étudiée à partir de l’analyse des progressions des élèves suite à l’enseignement et de leurs actions pendant l’enseignement. Au niveau des progressions, l’étude propose de répondre à la question :
Question 1 : La condition « usage de systèmes biotiques » dans plusieurs tâches de séances sur l'énergie augmente-t-elle l'efficacité de cet enseignement sur les progressions des élèves de CM1 après sa mise en œuvre concernant l'action « reconstituer des systèmes énergétiques complets » ?
Les progressions des élèves ont été observées sur deux types de tâches, qui se traduisent par la formulation de deux questions.
Question 1.1 : La condition « usage de systèmes biotiques » dans plusieurs tâches de séances sur l’énergie augmente-t-elle l’efficacité de cet enseignement sur les progressions des élèves de CM1 après sa mise en œuvre concernant l'action « reconstituer des systèmes énergétiques complets à partir du modèle de la chaîne énergétique » ?
Pour répondre à cette question, cette étude propose de tester les hypothèses suivantes :
Hypothèse 1 : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement pour un plus grand nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau de l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète », lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
Cette hypothèse a également été testée en ne prenant en compte que le type de certains systèmes, à travers le test des deux sous-hypothèses suivantes.
Hypothèse 1' : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement pour un plus grand nombre de systèmes biotiques présentés dans le questionnaire au niveau de l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète », lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
Hypothèse 1'' : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement pour un plus grand nombre de systèmes domestiques présentés dans le questionnaire au niveau de l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète », lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des
« systèmes biotiques ».
Hypothèse 2 : Les élèves progressent plus à l’issue de l’enseignement sur certains systèmes (aux caractéristiques particulières) présentés dans le questionnaire au niveau de l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète » lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des
« systèmes biotiques ».
Les deux hypothèses suivantes concernent les opérations liées à l’action. À partir de notre analyse à priori (modèle de l’activité proposé), nous avons considéré que l’usage de systèmes biotiques dans les tâches de la séquence devrait avoir un effet sur les deux opérations d'orientation : identifier l'usage des objets de départ et identifier les éléments d'un système. Nous avons également considéré qu’il ne devrait pas présenter d’effet sur les opérations d'exécution « dessiner : les symboles et les flèches du modèle ». Ceci nous a conduit à tester les deux hypothèses suivantes.
Hypothèse 3 : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement pour un plus grand nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau des deux opérations d’orientation (identifier : l'usage de l’objet de départ et les éléments du système), lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
Hypothèse 3’ : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement sur le même nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau des deux opérations d’exécution (dessiner : les symboles et les flèches du modèle), lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des
« systèmes biotiques ».
Dans l’analyse de la deuxième tâche du questionnaire, les élèves devaient reconstituer des systèmes complets sans utiliser le modèle de chaîne énergétique. À propos de cette tâche, cette étude propose de répondre à la question suivante.
Question 1.2 : La condition « usage de systèmes biotiques » dans plusieurs tâches de séances sur l’énergie augmente-t-elle l’efficacité de cet enseignement sur les progressions des élèves de CM1 après sa mise en œuvre concernant l'action « reconstituer des systèmes énergétiques complets » sans le modèle de la chaîne énergétique ?
Comme pour la question précédente, nous proposons de répondre à cette question en testant les hypothèses suivantes :
Hypothèse 4 : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement sur un plus grand nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau de l’identification des sources d’énergies et des ressources naturelles, lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
Hypothèse 5 : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement sur un plus grand nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau de l’identification des usages des objets de départ, lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
L’efficacité de l’usage de systèmes biotiques dans les tâches de séances sur l'énergie a également été étudiée à travers les actions des élèves pendant l’enseignement. Ces analyses ont pour but de répondre aux questions de recherche suivantes.
Question 2 : La condition « usage de systèmes biotiques » dans certaines tâches de séances sur l'énergie augmente-t-elle l’efficacité de l’enseignement concernant les actions réalisées par des élèves de CM1 pour reconstituer des systèmes énergétiques complets pendant cet enseignement ?
Pour répondre à cette question, trois hypothèses ont été testées en fonction du type d’action pris en compte.
Hypothèse 6 : Les élèves réalisent plus d’opérations de contrôle à travers un discours centré sur les interactions entre les éléments du système pendant l’enseignement, lorsque certaines tâches comportent des « systèmes biotiques ».
Hypothèse 7 : Les élèves réussissent à réaliser l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète » pour un plus grand nombre de systèmes pendant l’enseignement, lorsque certaines tâches comportent des « systèmes biotiques ».
Comme pour les progressions des élèves à l’issue de l’enseignement nous nous sommes intéressés aux opérations liées à l’action en testant les deux hypothèses suivantes.
Hypothèse 8 : Les élèves réussissent à réaliser les deux opérations d’orientation (identifier : l'usage de l’objet de départ et les éléments du système) pour un plus grand nombre de systèmes pendant l’enseignement, lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
Hypothèse 8’ : Les élèves réussissent à réaliser les deux opérations d’exécution (dessiner : les symboles et les flèches du modèle) pour le même nombre de systèmes pendant l’enseignement lorsque certaines tâches de l’enseignement comportent des « systèmes biotiques ».
Les dernières analyses présentées dans cette étude ont pour but de mettre en avant les liens entre les actions des élèves pendant l’enseignement et les progressions observées de ces derniers dans les questionnaires après la mise en œuvre de la séquence. Pour cela, elles proposent de répondre à la question suivante.
Question 3 : Quelles sont les actions et les opérations réalisées durant les tâches de séances sur l'énergie susceptibles d'influencer la progression des élèves après l'enseignement pour reconstituer des systèmes énergétiques complets ?
La réponse à cette question nous a amené à tester les deux hypothèses suivantes :
Hypothèse 9 : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement pour un plus grand nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau de l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète », lorsqu'ils ont réalisé plus d’opérations de contrôle à travers un discours centré sur les interactions entre les éléments du système pendant l’enseignement.
Hypothèse 10 : Les élèves progressent à l’issue de l’enseignement pour un plus grand nombre de systèmes présentés dans le questionnaire au niveau de l’action « reconstituer une chaîne énergétique complète », lorsqu'ils ont réussi à réaliser cette même action pendant les tâches des séances de la séquence sur l’énergie.
5 - Méthodologie
Cette partie présente la méthodologie élaborée pour étudier l’effet de l’usage de systèmes biotiques dans les tâches d'un enseignement de l’énergie sur les apprentissages des élèves. Cette méthodologie articule une ingénierie didactique avec une méthode expérimentale. Afin de répondre à nos questions de recherche, un protocole expérimental dans lequel la variable indépendante correspond à la condition de la tâche - usage de systèmes biotiques - a été mis en place dans une séquence d’enseignement élaborée dans le cadre de la thèse. Afin d’interroger l’efficacité de cette condition de la tâche, des pré-tests et des post-tests ont été administrés avant et après l’enseignement. Enfin, de manière à observer les processus effectivement déclenchés par la variable quand les élèves réalisent les tâches, ces dernières ont été filmées et les réalisations qu’elles ont produites ont été recueillies.
Dans cette méthodologie sont présentés successivement : l’élaboration du protocole expérimental, le contexte et les participants auprès de qui il a été mis en place, et enfin les données recueillies et analysées.