INTERACTIONS ENTRE L’EXPÉRIMENTAL ET LE VERBAL
DANS LA CONSTRUCTION DES CONCEPTS
DE CIRCUIT ÉLECTRIQUE EN SÉRIE ET EN PARALLÈLE
À L’ÉCOLE PRIMAIRE – ANALYSE DE SÉQUENCES DE COURS
Mohamed SOUDANI, Olfa SOUDANI IUFM de Lyon et LIRDHIST- UCBL Lyon 1.
MOTS-CLÉS : EXPÉRIMENTATION – COMMUNICATION – CONCEPTUALISATION – COMPÉTENCES PROFESSIONNELLES
RÉSUMÉ : Cette communication se propose d’analyser le fonctionnement d’une classe d’école primaire (CM1-CM2, élève de 9-10 ans) engagée dans un dispositif didactique baptisé « ateliers scientifiques ». Dans ce dispositif qui concerne les trois disciplines physique, biologie et mathématiques, les enseignants, forts de quelques hypothèses, cherchent à répondre à la question : en créant, communiquant, expérimentant, qu’est-ce que l’élève apprend ? Nous nous intéressons uniquement à la partie physique qui a porté sur les circuits électriques.
ABSTRACT : This communication propose to analyze the didactic interactions in a class of primary school (CM1-CM2, 9-10 years old pupils) committed in a didactic device baptized " scientific workshops ". In this device which concerns three disciplines physics, biology and mathematics, the teachers, with some assumptions, seek to answer the question : while creating, communicating, testing, what does the pupil learn ? We are interested only in the physical part which related to the electric circuits.
1. INTRODUCTION
Dans l’enseignement et l’apprentissage des sciences expérimentales, par analogie avec le domaine de la recherche scientifique, il n’est plus à démontrer que le savoir de l’élève se construit en fonction des situations qui lui permettent de donner du sens aux procédures expérimentales et aux concepts qu’on veut lui enseigner. Ce savoir se construit et se développe grâce aux interactions synergiques de plusieurs registres : actions sur des objets réels (expériences), perceptions de « signes » résultant de ces actions, idées qu’on se fait de ces objets (affirmations, hypothèses), niveaux de représentations de ces objets (dessins, symboles, schémas), formulations langagières permettant d’en rendre compte… Lavoisier souligne que « toute science physique est nécessairement formée de trois choses : la série des faits qui constituent la science, les idées qui les rappellent ; les mots qui les expriment. Le mot doit faire naître l’idée, l’idée doit peindre le fait : ce sont trois empreintes d’un même cachet ». C’est dans ce sens que dans les situations d’enseignement dites innovantes, l’enseignant conçoit et propose à ses élèves de véritables situations de « recherche », dans lesquelles ils sont amenés à produire des hypothèses et à en débattre, à concevoir et réaliser des expériences pour mettre à l’épreuve leur raisonnement et construire des connaissances communes dont la garantie scientifique est assurée par l’enseignant. Ce texte présente une partie de l’étude que nous menons, dans notre laboratoire LIRDHIST, sur les compétences professionnelles des enseignants de l’école primaire dans le cadre d’un dispositif didactique de l’école dit "ateliers scientifiques". Nous ne présentons ici que la partie qui concerne la physique, plus précisément la construction des concepts de circuit électrique en série et en parallèle.
2. CONTEXTE DU TRAVAIL
2.1. Descriptif des ateliers scientifiques
Notre analyse s’inscrit dans un projet d’une école primaire dans le département de l’Ain, baptisé par les enseignants « ateliers scientifiques ». Ces enseignants ont élaboré un projet d’école intitulé : "En
créant, communiquant, expérimentant, qu’est-ce que j’apprends ?" avec de véritables enjeux de
communication entre élèves d’une même classe, mais aussi entre classes de niveaux différents (voir tableau 1), autour d’objets d’apprentissage identifiés expérimentalement et conceptuellement (en physique, mathématiques et sciences de la vie et de la terre). L’organisation de ces ateliers comprend trois phases :
1e phase 2e phase 3e phase Quatre séances de
cours conçues par les enseignants comme l’étude de situations problèmes.
Deux séances de préparation aux échanges élèves-élèves (vers d’autres classes d’un autre niveau scolaire, plus ou moins élevé que le leur).
Une séance d’échange effectif où un groupe d’élèves vient exposer ses travaux devants des élèves d’une autre classe (dès la seconde phase, les élèves d’une classe donnée sont séparés en trois groupes qui vont chacun exposer à une autre classe connue.
2.2. Problématique – Objectifs de recherche
Comme nous venons de le souligner plus haut, le savoir de l’élève se construit à la fois en fonction des situations proposées par l’enseignant et sur la base de leurs connaissances antérieures. Nous nous proposons alors d’analyser dans quelle mesure les situations élaborées par l’enseignant permettent-elles aux élèves de construire et de s’approprier les deux concepts de circuit électrique en série et circuit électrique en parallèle : Une série de questions guide alors notre analyse : Par quelles situations (expériences, questions) met-il les élèves au travail, guide-t-il leur réflexion, oriente-t-il leur débat autour du savoir en question ? Dans quelle mesure cette gestion permet-elle de faire émerger plusieurs discours, donc plusieurs références sur un même objet observable ? Par quels jeux de langage l’enseignant oriente-t-il les échanges langagiers entre les élèves ? Que produisent les élèves dans ces conditions ? Quelle influence de leurs échanges sur les interventions de l’enseignant ? Comment s’opère la phase d’institutionnalisation (construction d’une référence commune) ?
2.3. Méthodes
Pour apporter des éléments de réponses à ces questions, nous avons procédé par deux enregistrements indépendants : vidéo et audio, pour une meilleure sécurité quant aux données recueillies, soit près de 27 heures d’enregistrement au total (en double enregistrement).
3. ANALYSE DU DISPOSITIF D’ÉLECTRICITÉ 3.1. Analyse a priori
Toutes séances commencent par la présentation d’une fiche qui d’une part interroge les élèves pour les inciter à faire un bilan de leurs connaissances antérieures, et d’autre part leur présente une sorte d’énigme, dit leur enseignant, à laquelle ils sont invités à trouver des solutions. Sur la fiche n° 1 (annexe), par exemple, on peut faire les constats suivants :
mettre sur voie de la réponse. La situation de « recherche » peut ici se limiter à un aspect combinatoire.
2- Pour des élèves de cet âge, la fiche présente une grande richesse de tâches et de mots tels que : a) Le mot modélisation, dont la signification est souvent encore floue même chez des
professeurs stagiaires de physique-chimie. Ceux-ci arrivent avec des idées préconçues que les élèves de seconde ne savent pas ce qu’est un modèle…
b) Le mot représentation (qu’il faut comprendre au sens de représentation mental, au sens de conceptions), mais en même temps le verbe représenter qu’il faut entendre au sens de représentation graphique. On y retrouve également les verbes « dessine », « schématise », « représente ». On pourrait penser que l’enseignant les prend pour synonyme et cherche à offrir à l’élève le sens qu’il comprend le mieux, pour ouvrir leurs productions à tous les possibles. On pourrait également penser qu’il s’agit de la gradation que les élèves doivent suivre tout au long de la conceptualisation : dessin, schéma, toute autre représentation fonctionnelle possible.
c) Manipulation, expérimentation, et enfin l’explication en quelques lignes de ce qu’ils ont réalisé, c’est-à-dire de mettre des mots sur les choses.
L’enjeu pour l’enseignant est de faire construire aux les élèves des références communes consistant en des représentations symboliques conventionnelles (comme système de signes ou symboles individuels) et des mots ayant le même sens scientifique pour tous (des concepts).
3.2. Analyse de quelques productions de la classe
Le circuit en série
L’examen des productions individuelles de binômes d’élèves montre nettement une différence d’abstraction entre les élèves. La tâche de l’enseignant est donc de les faire converger. La phase de synthèse doit donner lieu à un schéma plus abstrait, où certains détails du montage expérimental ont été gommés, mais pas d’autre, gardant ainsi des traits de rapprochement avec le « réel ». Par contre, cette représentation se doit de faire apparaître clairement des traits qui permettent à l’enseignant de faire émerger le mot recherché : « ce montage s’appelle un circuit en série car tous les éléments
sont liés les uns à la suite des autres ». Le mot « circuit » semble déjà avoir été construit
auparavant. Ainsi, la verbalisation permet de mobiliser des mots existant déjà dans le répertoire lexical des élèves, pour qu’ils les réutilisent dans de nouveaux contextes avec plus ou moins d’extension de sens, ce sont des mots outils d’apprentissage. D’autres mots nouveaux, tel que « en série », constituent un véritable objet d’apprentissage.
une démarche économique et crée une dynamique d’explication, d’exploration des limites de chaque montage, de prise de position (chaque élève explicite le fond de sa pensée), de négociation de différentes propositions et de synthèse collective où l’élève apprend à la fois le savoir physique en question et l’élaboration d’un discours cohérent tenant compte des autres avis et les respectant.
Le circuit en parallèle
L’enseignant présente aux élèves exactement le nombre de fils, de lampes et de piles nécessaire à l’éclairage de toutes les pièces de la maison en palliant aux inconvénients du circuit en série. Son but est à la fois expérimental et conceptuel. Il voulait que l’expérience et la représentation du montage fassent émerger le mot « parallèle ». Or, sans surprise d’ailleurs, on comprendra tout de suite pourquoi, les élèves produisent massivement comme représentations la figure 1. En prévision de ce type de réponse, l’enseignant avait sous le coude une approche par « réinvestissement » des connaissances acquises par ailleurs en cours de maths : il s’agit d’opérer une extension de sens. Il leur
présente alors la figure 2. Par contre, c’est là où il a été surpris des réponses des élèves. Ils ont « sorti » tous les mots possibles qui pourraient qualifier ce schéma, sauf le mot recherché « parallèle ». Il a été obligé de « lâcher » le mot ! Ceci illustre bien qu’une même chose peut être désignée par des mots différents selon les personnes, selon leur sensibilité et que, ce qui nous intéresse le plus ici, un même mot ne désigne pas forcément la même chose pour la classe et pour l’enseignant. La « chose » permet de donner du sens, mais elle ne porte pas de sens en son sein.
4. CONCLUSION
Enfin, ces ateliers scientifiques ont été pour les enseignants un réel espace pour exercer et
Figure.1 : représentation d’un montage en parallèle par un élève
Figure 2 : Schéma d’un circuit en parallèle proposé par l’enseignant pour faire émerger le mot « parallèle »
Pile Pile Pile
construction/appropriation d’un savoir qui demande la mobilisation et la construction de deux structures en synergie : une structure praxéologique (objets, expériences et savoir-faire) et une autre « théorique » (langage naturel, langage symbolique avec gradient d’abstraction). L’enseignant prend très rarement position dans le débat des élèves, il sert le plus souvent d’arbitre et d’impulseur du débat. Il ne cherche pas seulement les bonnes réponses, mais s’appuie aussi les erreurs des élèves pour les faire évoluer. Cependant la nature de la situation de la structure praxéologique entraîne un glissement du travail des élèves du sens physique au sens combinatoire et logique
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ANNEXES
Fiche n° 1
Voici la maquette, la modélisation1 d’une maison, que vous avez réalisé.
Que faut-il faire pour éclairer les quatre pièces de cette maison ?
(Il donne aux élèves 1 pile + 4 lampes + 5 fils)2
1- Représentations :
Qu’est-ce que je connais, ou pense savoir sur l’électricité qui me permettrait de résoudre ou d’apporter des réponses à cette énigme ?
……… 2- Manipulation, expérimentation :
Dessine, schématise représente ce que tu as réalisé
