ARTheque - STEF - ENS Cachan | Les cycles, modèles réducteurs et/ou concepts intégrateurs du savoir scientifique

LES CYCLES, MODÈLES RÉDUCTEURS ET/OU

CONCEPTS INTÉGRATEURS DU SA VOIR SCIENTIFIQUE

Christiane HAGUENAUER I.UFM. deLORRAINE

MOTSCLÉS: CYCLE CADRES DE LECTURE ET DE RÉFÉRENCE -MODÈLE DIDACTIQUE

RÉSUMÉ: Les cycles servent de modèles dans la construction de nouveaux savoirs et dans leur intégration au cadre de lecture ou cadre d'intérêts dans lequel ils sont produits. Mais, dans l'histoire des sciences comme dans les apprentissages scolaires, ces modèles s'avèrent réducteurs en l'absence de repérage des nouveaux concepts dans des cadres de références structurant peu à peu le cadre de lecture en évolution. Trop rapide, un élargissement de ce cadre crée des discontinuités perturbatrices du savoir; progressif, il entraîne des ruptures de cycles qui améliorent les apprentissages.

SUMMARY : Cycles are used as models in the construction of new knowledge and in its integration into the reading frame or frame of interests within which they are produced. But, in the history of sciences as in leaming at school, these models prove to be reducing factors in so far as the new concepts are not marked out in frame of reference gradually structuring the evolving reading frame. A broadering of this frame, if it is too hasty, will cause disruptions in the acquisition of knowledge, but, if it is progressive, it will involve breaking cycles, thus making it easier to to leam.

1. INTRODUCTION

Le savoir scientifique se définit comme un savoir explicatif prouvé. Des exemples de biologie, géologie et écologie, cette dernière science enracinée dans les précédentes, montrent comment les cycles de l'histoire des sciences et ceux produits par les élèves au cours des apprentissages témoignent de l'évolution des savoirs avec le cadre de lecture. Un agrandissement de ce cadre rompt les cycles. La construction progressive des concepts appelle des temps intennédiaires pour définir les nouveaux cadres de référence dans lesquels les cycles se referment. Des enseignements se dégagent au plan didactiq ue de l'ouverture et de la fenneture de ces cycles des sciences de la Nature.

2. HISTOIRE DES SCIENCES ET APPRENTISSAGES LEURS ENSEIGNEMENTS AU PLAN DIDACTIQUE

2.1 Cycles témoins de )'évolution du savoir dans l'histoire des sciences

Dans les sciences, les cycles servent de guide avec leur sens premier appelant un retour des phénomènes. Une variation dans l'espace suggère une succession dans le temps et réciproquement.

l'aube du xxe siècle, faute de suivre les faits en temps réel, les biologish'S dénombraient les stades du cycle de division cellulaire sur une surface définie de tissu jeune. Les noyaux dépourvus de chromosomes apparents étaient dits quiescents pour signifier leur état supposé de repos qui n'entrait pas dans la constnlction du cycle. Le passageàun cadre moléculaire a ouvert ce cycle précédemment fermé dans le cadre de référence de la cellule; il a montré que ce n'est qu'après ce stade de repos apparent, dans lequel se situe la phase de synthèse de matériel génétique, qu'a lieu le retourà la situation initiale; il a eno'aîné une extension du cadre temporel de référence du cycle cellulaire. Pour expliquer les récurrences de faciès, les géologues du début du xxe siècle ont conçu les cycles sédimentaires répétant, par exemple, une évolution dans la taille des dépôts. Puisqu'une décroissance de taille sui t dans l'espace une transgression marine, une régression devait avoir des effets symétriques de la précédente. Né d'une conception théorique, le cycle sédimentaire, fermé, devait comprendre un ensemble de dépôts formés au cours de deux phases, l'une positive, l'autre négative. Dans le détail, des sédiments de plus en plus fins témoignent d'une agitation décroissante du milieu mais une évolution croissante n'a pas l'effet inverse; l'eau entrant brutalement dans le milieu de sédimentation érode une partie des dépôts précédents, si bien que le cycle élémentaire circulaire donne lieuàun enregistrement sédimentaire incomplet, linéaire, séquentiel. Les séquences témoignent des seules phases positives, séparées par des diastèmes et, seule, une double dérive faisant succéderà un ensemble de séquences aux dépôts de bases de plus en plus fins un autre ensemble de séquences décalées en sens inverse, crée un enregistrement global symétrique. Une confusion de cadres de référence fait assimiler aux séquences, enregistrements linéaires de phénomènes élémentaires cycliques, les ensemble de séquences qui constituent les véritables cycles sédimentaires (fig. 1).

Les écologistes étudient des variations dans l'espace pour construire des successions inaccessibles en vraie grandeur comme le cycle sy lvigénétique ou cycle de renouvellement de la forêt.

La forêt évolue naturellement vers la stabilisation et le vieillissement sauf si des trouées font entrer massivement l'énergie lumineuse dans l'écosystème, relançant la croissance qui assure la cicatrisation du couvert forestier. Dans la forêt cultivée, l'homme boucle le cycle en perpétuant une espèce. Mais, dans la forêt vierge, un changement d'espèces tendà ouvrir les cycles et à en faire des phases du cycle sylvigénétique de plus grande ampleur défini par Oldeman en 1972. L'évolution de la biomasse des arbres permet de définir, comme en géologie, des séquences qui témoignent d'interruptions brutales de la production de matière partiellement effacée par les agents climatiques (fig. 1).

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ENREGISTREMENT SÉDIMENTAIRE

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Figure1.Enregistrement séquentiel de cycles élémentaires sédimentaires et sylvigénétiques : l'entrée brutale d'énergie extérieure au milieu délruit plus ou moins les dépôts ou la forêt antérieurs, puis la construction de matière reprend activement jusqu'à installation d'un équilibre à nouveau rompu.

2.2 Cycles successifs produits par les élèves au cours des apprentissages

Les cycles servent aussi de modèles dans l'enseignement. Des exemples scolaires sont choisis ici pour correspondreà ceux de l'approche historique précédente. Environ 800 élèves suivisàl'école, au collège, au lycée renseignent sur la participation du concept de cycleà l'évolution de leur savoir. Interrogés en biologie en début d'année sur le cycle cellulaire,à la suite de travaux pratiques sur la mitose, les élèves des classes temlinales scientifiques constituent un groupe homogène par le texte, moins par l'illustration, linéaire pour un quart d'entre eux, indicatrice de retour pour les autres qui enchaînent le plus souvent des mots ou schémas se rapportant plus ou moinsà leur définition.

L'interph3se m3nque rarement, ce qui prouve que, d3ns ce contexte scolaire, l'enseignant détermine la restitution indépendamment du chemin de l'histoire des sciences. Mais, quand les chromosomes sont identifïables, les élèves ne prennent pas soin d'en représenter 3utant pour les cellules mères et les cellules filles. Interrogésànouveau, plus tard dans l'3nnée, sur le cycle cellulaire, ils répondent, pour un tiers d'entre eux, par 13 courbe de variation nouvellement 3pprise de la quantité d'AD.N. dans une cellule en fonction du temps, simple ou répétée pour évoquer la circularité; pour les autres tiers, tout en 3ffim1ant, par le texte, l'identité des cellules fïlles, ils redonnent une image dynamisant des mots et/ou des chromosomes en nombre variable ou indéterminé. Imprécis, s'excluant l'un l'autre, les cadres emboîtants et emboîtés de la cellule et de la molécule semblent déconnectés ... ou confondus. La géologie tend à ouvrir les cycles.Àchaque étape de leur scolarité, les élèves sont appelésà citer, définir, illustrer le$ cycles de leur choix. Rarement inférieurà3 ou 4, le nombre de citations croît avec les niveaux de classes et l'élargissement du cadre de lecture des élèves. Pendant que se renforce au travers de:s illustrations et plus encore des définitions l'affirmation de la fem1eture des cycles, les cycles géologiques occupent une place décroissante. En classe de:40, sur 100 élèves en moyenne, 9 cite:nt le cycle orogénique que 5 illuso'ent p3r des mots enchaînés, 6 présentent le cycle (de fom13tion) d'une roche sédimentaire en alignant les concepts élémentaires,3citent le cycle des roches. Dans les classessuiv~l!1tes,il reste, en moyenne pour 100 élèves, 1à3cycles géologiques avec un état initial et un état fimL Totalement absents en classe terminale, ces cycles ouverts semblent exclus du savoir. En écologie forestière les élèves utilisent 3ussi un savoir immédi3t fondé sur l'idée du retour (fig. 2)

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Figure2.Représeillalio/l du "cycle des arbres" par des élèves de classe de cinquième.' d'une annéeà

Des élèves de seconde sont chargés de traduire par un texte un diagramme en bâton montrant qu'une fertilisation du sol par un enh'Tais entraîne après quelques années un accroissement foliaire de 40% par rapportàune parcelle témoin. Plus du tiers d'entre eux donnent une explication qui révèle la croyance spontanée que le nombre de feuilles du témoin n'a pas changé durant la période considérée. Outre la nécessité de clarifier la signification des pourcentages souvent trompeurs pour les élèves en l'absence de valeurs absolues, l'exercice révèle la rémanence de l'obstacle d'un savoir erroné souvent exprimé par les élèves de collège: "Les arbres perdenlleurs Jeuilles, puis lesJeuilles (ré)apparaissenr, lombenr el repoussenr". Ce recommencement implicite apparaît dans le "cycle d'un arbre" dont les rameaux

s'allongent sans que le nombre de bourgeons et/ou de feuilles change véritablement (fig. 2). Le suivi individuel des élèves montre qu'ils restituent plus facilement les cycles fermés, conformesà la représentation circubire quasi générale du concept de cycle. Un cadre d'étude confortant la circularité facilite les premiers apprentissages mais une extension abusive de cette circularitéàdes cadres tels que les cycles sont ouverts constitue un obstacleàla progression du savoir.

2.3 Enseignements didactiques des cycles rompus par l'histoire et les apprentissages Le modèle fermé des cycles constitue en apparence un outil de progrès si les faits le valident mais, s'ils l'infirment, il perd son caractère opératoire immédiat et devient un obstacle qui empêche de déstabiliser les croyances. Un cycle fermé dans un cadre de référence initial tendàs'ouvrir dans un cadre différent. Des données nouvelles élargissant le cadre de lecture entraînent une réorganisation du savoir, source de progrès global au plan collectif mais fonction, au plan individuel, de l'impact de l'agent perturbateur lié au stade atteint par l'élève dans son parcours. Quand le cadre de lecture grandit, les cadres de référence initiaux évoluent, les limites de validité des affirmations changent, des relations nouvelles s'établissent entre concepts, explicitant les malentendus qui portaient sur des faits relevant de cadres de références différents mal cernés dans des cadres de lecture imprécis. Les changement de cadres préviennent les risques de fermeture automatique abusive des cyclesà condition de donnerill'élève le temps et les outil pour réorganiser son savoir, en faisant en paniculier appelill'expression graphique, moyen de comlllunication complémentaire de l'expression écrite. En encourageant les élèvesfireconsidérer les cycles dans de nouveaux cadres de référence tels qu'ils se referment, l'enseignant favorise l'isolement des facteurs et la reconstruction du savoir. Les cycles participent ainsiàl'apprentissage de l'abstraction.

Depuis l'aube du XXc siècle, les progml1rllCS et livres scolaires de Sciences Naturelles ont privilégié le concept intégrateur de cycle, heuristique et mélllorisateur. Mais l'extension du cadre de lecture des sciences entraîne l'enseignement actuelànuancer le concept en recadrant les cycles fem1és.

Les Illodèles d'apprentissage deGionlan et de Schaeffer ont en commun une approche temporelle

évolutive, dynamique, de l'organisation du savoir. Comme l'énergie qui entre dans la cellule, dans le bassin sédimenwire ou dans l'écosystème forestier intervient dans le balancement entre déstabilisation et reconstruction d'un équilibre apparent, l'introduction de données nouvelles participe aux actions contraires qui interrompent et relancent les séquences organisatrices du savoir. Un sondage préalable permet de décider du moment des apports extérieurs, perturbateurs, mais mobilisables dans la réorganisation du savoir s'il ne sont ni précipités ni massifs (fig. 3).

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1 1 LÉGENDE Savoir organisé en cadres de référence Cadre de lecture en évolution

Figure3.Représentation schémalique de l'incidence de l'élargissement du cadre de lecture d'un élève sur l'organisation de son savoir: un apport de matière nouvelle entraîne une recul apparent qui appelle une réorganisationdusavoir si l'élève dispose d'un temps suffisant.

3. CONCLUSION

Ouvrir les cycles pour mieux les refem1er accroît leur maîtrise par l'élève en évitant de figer un savoir réducteur ou de bloquer sa réorganisation par des perturbations violemment répétées. La plasticité du concept de cycle rend valide son caractère intégrateur quand la prise de conscience de son ouverture appelleàdéterminer les cadres de référence compatibles avec la circularité. Le modèle scolaire des cycles constitue une construction provisoire qui facilite la lecture initiale des phénomènes et l'énoncé des conclusions à condition qu'un temps suffisant soit donné pour assurer la réorganisation du cadre de lecture de l'élève en cadres de références toujours définis, jamais définitifs.

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