LA NATURE ET LA COMPLEXITÉ – PLACE DE
L’APPROCHE SYSTÉMIQUE DANS NOTRE MODE
D’APPRENTISSAGE
Lamjed MESSOUSSI
Université de Tunis, Tunisie
Mots-clefs : approche systémique – écosystème – propriétés émergentes – système – apprentissage
Résumé : dans le curriculum tunisien prescrit de 2e année de l’enseignement secondaire de
SVT, l’enseignement de l’écosystème repose sur deux thèmes : les ressources naturelles et la gestion rationnelle des écosystèmes. La compréhension des structures et du fonctionnement de ces systèmes écologiques, est souvent confrontée aux conceptions des enseignants sur « la notion de système ». L’analyse de ces conceptions permet d’élaborer une stratégie didactique servant à la formation des enseignants sur la démarche systémique.
Abstract: in the Tunisian curriculum prescribed of the second year of secondary education of
SVT, the teaching of the ecosystem is based on two themes: natural resources and rational management of ecosystems. Understanding the structure and functioning of these ecological systems is often confronted with the teacher’s conceptions about "the concept of system." The analysis of the conceptions allows, developing a teaching strategy used for teacher training on the systemic approach.
1. INTRODUCTION: ORIGINE DE LA SYTÉMIQUE
Dans le domaine éducatif, l’enseignement des notions écologiques semble devenir de plus en plus complexe pour l’apprenant suite à l’hyperspécialisation et au cloisonnement disciplinaires. Les crises écologiques ayant provoquées la dégradation des écosystèmes, ont incité à repenser notre relation avec l’environnement et la recherche de solutions pour la préserver durablement. Certes notre action devrait avoir un objectif planétaire, penser localement et agir globalement, et notre compréhension de l’écosystème devrait s’inscrire dans une approche globale, tenant compte des rétroactions et interactions entre l’écosystème et son environnement, et de l’aspect unitaire de ce système écologique. Des liens très tissés ont suscité la théorie des systèmes pour décrire la complexité (Le Moigne, 1990) : l’approche systémique s’est invitée en écologie. Le Moigne (1990) considère que « le concept de système, entendu comme un enchevêtrement intelligible et finalisé d’actions interdépendantes a très vite été adopté pour décrire la complexité »
Depuis le début du siècle dernier, un mouvement théorique et méthodologique tournant autour du concept de système s’est développé dans le domaine des sciences et techniques. Ce courant a reçu selon la discipline, différentes appellations : analyse de système, analyse systémique, analyse fonctionnelle, approche systémique.
Walliser (1977) précise que ces approches « ont des contours relativement flous et un contenu imprécis, pour l'instant, mais que ce courant semble répondre à [des] préoccupations essentielles », De Rosnay (1975) rappelle que « l’approche systémique s’appuie sur la notion de système». Avec le perfectionnement des premiers ordinateurs (Wirlwind II construit au MIT en 1951), la complexité est abordée. Forrester s’est rendu compte de l'importance de l'approche systémique dans la compréhension et le contrôle d'organisations complexes faisant intervenir des hommes et des machines interconnectés en temps réel pour le traitement des informations. Une nouvelle discipline fut crée : La dynamique industrielle, à l’origine de la dynamique des systèmes.
Les lois de la thermodynamique et la notion de système « ouvert » proposé par Bertalanffy, ont introduit des concepts nouveaux en biologie comme l’échange, les flux et l’équilibre ajoutant de la complexité à l’écosystème. L’approche systémique est une démarche permettant d’aborder la complexité et la conceptualiser; ses apports didactiques permettent un apprentissage favorisant les compétences chez les apprenants. La question reste entièrement posée, quelles relations entre système, conceptions et approche systémique ?
2. LA NOTION DE SYSTÈME :DÉFINITIONS ET CARACTÉRISTIQUES 2.1. Définitions
Au plan étymologique, le mot système dérive du mot grec « systema » qui signifie « ensemble organisé ». Bertalanffy (1973) définit un système comme « un complexe d'éléments en interaction », De Rosnay (1975) propose « un ensemble d'éléments en interaction dynamique, organisés en fonction d'un but », Le Moigne (1977) définit un système par « un objet qui, dans un environnement, doté de finalités, exerce une activité et voit sa structure interne évoluer au fil du temps, sans qu'il perde pourtant son identité unique ». Morin (1977), privilégie les interrelations et parle d’« unité globale organisée d’interrelations entre éléments, actions, ou individus ».
2.2. Caractéristiques
De Rosnay (1975) propose d’étudier le système selon deux approches l’approche structurelle, qui renvoie à l’inventaire des éléments dont se compose le système et à leurs agencements les uns par rapport aux autres ; cette approche relève de l’espace et l’approche fonctionnelle qui renvoie à l’ensemble des phénomènes qui s’y déroulent, elle relève du temps.
En thermodynamique, science qui s’intéresse aux changements d’état physicochimiques et mécaniques, sont considérés comme systèmes ouverts, les systèmes qui échangent de la matière et de l’énergie avec le milieu extérieur et les systèmes fermés qui échangent l’énergie avec le milieu ambiant. Cette science repose sur deux propositions fondamentales appelées principes, dont le plus célèbre est Le deuxième principe, dit de Carnot – Clausius, qui introduit la notion d’entropie (en grec évolution) par l’accroissement d’une fonction d’état du système. Pour un système isolé, l’état d’équilibre correspond à un maximum d’entropie. Un système est fermé lorsqu’il est isolé de son environnement et n’échangeant avec lui que de l’énergie. Dans ce cas, ce système aboutit à un équilibre « vrai », dans lequel l'entropie est maximale, selon les règles de la thermodynamique. Un système est ouvert lorsqu’il entretient en permanence des échanges (d’énergie et de matière) avec son environnement, c’est le cas des systèmes vivants.
Le système et son environnement s'influencent mutuellement comme le souligne de Rosnay (1975) « Les entrées résultent de l'influence de l'environnement sur le système et les sorties de l'action du système sur l'environnement ». Des liens sont très tissés au point de se servir de cette notion de système pour décrire et comprendre la complexité de la relation système /
Donnadieu et Karsky (2002) proposent une démarche conceptuelle, d’ordre pratique pour « penser et agir dans la complexité », tenant compte de la représentation des systèmes, de la méthode systémique utilisant la modélisation et de la dynamique des systèmes. Dans le processus d’apprentissage, nos « conceptions » influencent fortement notre mode d’apprentissage. Faire émerger ces conceptions, les ‘travailler’ et aboutir à leur changement permettrait un apprentissage construit et durable. La mise en place de la démarche systémique comme pratique d’enseignement, passe par son appréhension par ‘les professionnels’ du métier, les enseignants.
3. PROBLÉMATIQUE
Depuis Platon et Aristote, l’accession de l’homme à la connaissance a été sujet de controverses, Locke (1690) avait assigné les idées aux sens, Leibniz (1703), préformiste, défendait l’idée que l’esprit humain a en lui quelques chose de préformé, Kant (1781) considère que « notre connaissance procède de deux sources fondamentales de l’esprit, dont la première est le pouvoir de recevoir les représentations (la réceptivité des impressions), la seconde le pouvoir de connaître par l’intermédiaire de ces représentations un objet (spontanéité des concepts) », Durkheim (1894) parle de « représentation », Bachelard (1938) introduit l’idée que la formation des connaissances est un franchissement continu d’obstacles et sur des connaissances antérieures et Piaget (1977) parle d’étapes pour la construction des connaissances.
Selon Giordan, 1991, ce n’est qu’à partir des années soixante dix, que les recherches ce sont intéressées aux représentations (on parlera dorénavant de conceptions) des apprenants comme préalable à l’apprentissage. Selon Giordan et Martinand (1988) « les premières publications recensées datent de 1976 ». Les conceptions ont fait l’objet de nombreux travaux de recherche didactiques, principalement de Giordan et Martinand, 1988 (pp. 14 – 15) ; de Giordan, 1987 (pp. 111 – 121), 1998 (pp. 85 – 93); de Giordan et De Vecchi, 2002 (pp. 93 – 95).
Former les enseignants sur la démarche systémique, repose sur l’analyse et le changement éventuel de leurs conceptions sur la notion de système, selon les approches structurelle et fonctionnelle de, De Rosnay. Cette démarche a l’avantage de repérer le mode de raisonnement de l’enseignant, ses possibilités d’examiner « le commun et le spécifique » entre systèmes vivants, relevant du domaine de spécialité, et systèmes appartenant à d’autres domaines comme la sociologie, l’économie, l’urbanisme et de voir dans quelle mesure ces conceptions
pourraient influencer la démarche d’enseignement. Les travaux de Giordan et Souchon (2008), sur les processus pédagogiques et les méthodes adaptées, constituent un cadre de référence et proposent, entre autre, des approches basées sur l’analyse conceptuelle et l’approche systémique ; travaux en lien avec les besoins de l’éducation à l’environnement et au développement durable.
4. MÉTHODOLOGIE
La méthodologie repose sur des questionnaires et l’analyse est du type qualitatif, utilisant la grille par item, développée par De Vecchi et Giordan (2002). Des questionnaires de pré-test, composés de huit questions se rapportant à la notion de système, ont été passés auprès de deux groupes d’enseignants tunisiens (18 enseignants pour l’année 2008 / 2009 et 19 enseignants pour l’année 2009 / 2010), de SVT de 2e secondaire, ayant à charge l’enseignement de l’écologie, dans une période de l’année où la notion d’écosystème ne soit abordée en classe. Dans ce travail, qui s’inscrit dans le cadre d’une thèse, est aussi prévu des questionnaires de post-test et des entretiens audio avec certains enseignants des deux groupes. Pour l’analyse des conceptions et la caractérisation du mode de raisonnement, seuls les résultats se rapportant aux questionnaires de pré-test seront présentés ici.
Questions posées dans le pré-test
Question 1 : c’est quoi un système pour vous ?
Question 2 : pouvez-vous donner des exemples de système ? Question 3 : selon vous, comment fonctionne un système ?
Question 4 : quelles sont les types d’interactions dans un système ? Question 5 : quelles sont les relations entre les parties et le système ?
Question 6a : un système est en relation avec son environnement : Quelles sont la nature,
l’importance et la densité des échanges ?
Question 6b : quels sont les capteurs mis en place ?
Question 7 : selon vous, y’a-t-il des frontières entre un système et son environnement ? Oui ; Non. Question 8 : un système répond aux perturbations qu’il reçoit de son environnement actif : ces
perturbations modifient-elles la structure du système ? Oui ; Non, Si oui comment ? Si non pourquoi ?
5. RÉSULTATS DE L’ANALYSE
Les réponses ont été regroupées, les références des enseignants n’ont pas été indiquées par souci d’une meilleure lisibilité des résultats, qui sont portés sur le tableau n°2 :
Questions Répartition des réponses Question 1 ensemble d’éléments 78.9 % ensemble organisé,
structuré 15.7 %
ensemble d’éléments ayant chacun un rôle 5.4 % Question 2 systèmes biologiques 76 % systèmes physiques 16 % systèmes Sociologiques 8 % Question 3 complémentarité,
interactions 65 %
règles et lois 10 % Dynamique, équilibre ou selon
besoin 25 %
Question 4 positive / négative 42,1 % action / rétroaction 36,8 % entraide, organisation 21,1 %
Question 5 complémentarité 31.6 % échange, équilibre 36.8 % Compétition, vitale 31.6 % Question 6a nature : (3 sans réponses)*
-information, 81.2 % énergie, matière -positives/négatives 18.8 % importance : (6 sans réponses)* équilibre 46 % vitale, échange 54 %
densité : (13 sans réponses)*
variable 100 %
Question 6b idée de relais 50 % sensoriels, chimiques 50 %
Question 7 sans frontières 57.9 % avec frontières 42.1 % Question 8 avec modification de structure 85 %
déséquilibre, désorientation 60 %
dysfonctionnement ou élimination de partie
ou changement d’état 40 % sans modification de structure 15 % équilibre, modification partielle 100 % *sans réponse
Tableau n°2 : Résultats d’analyse des questionnaires de pré-test du groupe de 2008 / 2009.
Les plus forts pourcentages se trouvent du côté des conceptions qui se centrent sur la composition et la structure des systèmes. Les frontières et les échanges, en termes de nature, d’importance et de densité, font parfois défaut soit par des non réponses ou exprimant une ambiguïté (réponses double avec et sans frontières).Toute fois, il semble difficile pour l’enseignant d’imaginer un système, notamment l’écosystème, sans frontières ; les exemples pris pour l’enseignement sont généralement délimités géographiquement d’où la notion de frontières. Bien que l’exemple pris n’est en fait qu’un sous système d’un système plus grand ; d’où l’idée qu’avancent les spécialistes de « frontières intelligentes » permettant les échanges sans isoler le système.
La nature des échanges est à rechercher au niveau de l’énergie, la matière et l’information ; leur importance s’exprime dans la dynamique et le maintien de l’équilibre ; leur densité peut être traduite par le type et la taille de l’écosystème. La distinction, au niveau des échanges,
entre nature (N), importance (I) et densité (D), et les capteurs mis en place dans ces échanges, mérite une attention particulière.
Quand on se place du coté du vivant, on peut aisément faire une distinction entre les différents aspects des échanges (N, I, D) ou décrire les capteurs mis en jeux lors de ces échanges. Il s’agit d’une étude de cas. Dans un exercice conceptuel, la transdisciplinarité est fondamentale pour rechercher les aspects communs entre des systèmes de divers domaines, exercice auquel devrait adhérer l’enseignant. Ce ci pourrait expliquer le nombre élevé d’enseignants n’ayant pas de réponses à cette question.
La majorité des enseignants (85%) proposent des changements de structure des systèmes suite aux perturbations reçues de l’environnement et les justifient par des « comportements » pour éviter le déséquilibre et le dysfonctionnement. Le reste des enseignants (15%) parlent de « non modification » pour cause que le système soit en « équilibre ». En fait les réponses traduisent une propriété émergente des systèmes, s’inscrivant dans l’approche fonctionnelle, qui est la réorganisation liée à la dynamique du système.
En fin, peu d’enseignants pensent au système hors du domaine de spécialité, en tout cas hors des systèmes mécaniques (8% croient en l’existence de système en sociologie comme le système éducatif, l’entreprise ou le système familial), la conception de la notion de système semble être à dominante structurelle, chez le premier groupe d’enseignant. Les concepts traduisant l’approche fonctionnelle, comme les flux, la rétroaction et l’équilibre, sont à renforcer dans nos modes d’enseignement.
La démarche systémique est à ‘travailler’ d’avantage et une stratégie didactique pour la formation des enseignants, devrait être un projet pédagogique urgent.
Pour le deuxième groupe, les résultats de l’analyse du pré-test sont présentés dans le tableau n°3.
Presque la même cartographie des réponses, les fortes proportions s’inscrivent dans l’approche mécaniste de la notion de système, la description des composants du système, les interactions, la complémentarité, les limites et les frontières, l’emportent sur les notions de totalité, d’autorégulation, de réorganisation et de dynamique.
Il serait important de voir avec quelle démarche pédagogique est enseigné l’écosystème (à travers les conceptogrammes, les débats en classe, les sorties sur le terrain, des dossiers préparés par les apprenants eux même, etc.) et rechercher les liens avec les conceptions et les modes de raisonnement des enseignants.
Questions Répartition des réponses
Question 1 ensemble d’éléments 82.4 % ensemble cohérent, fonctionnel 17.6 % Question 2 systèmes biologiques 57.1 % Systèmes
physiques 28.6 %
Systèmes
sociologiques 14.3 % Question 3 complémentarité 35.3 % règles et lois 47,1 % Equilibre 17.6 % Question 4 positive/négative, interne/externe 70.6 % Complémentarité 17.6 % Relations physiologiques 11.8 % Question 5 complémentarité, interdépendance, équilibre 71.4 %
corrélation, relation structurelle 28.6 % Question 6a nature : (4 sans réponses)*
-information, 53.8 % énergie et matière -positives/négatives/variables 46.2 % importance : (10 sans réponses)* équilibre 42.9 % variable 57.1 % densité : (14 sans réponses)* variable 100 % Question 6b Idée de relais 41.7 % capteurs sensoriels, chimiques 58.3 % Question 7 sans frontières 81.2 % avec frontières 18.8 % Question 8 avec modification
de structure 94.1 %
-déséquilibre, perturbation 68.7 %
dysfonctionnement, élimination de partie, destruction du système 31.3 %
sans modification de structure 5.9 %
équilibre, solidarité 100 %
*sans réponse
Tableau n°3 : Résultats d’analyse des questionnaires de pré-test du groupe de 2009 / 2010.
6. CONCLUSION
La mise en application de l’approche systémique comme démarche didactique pour l’enseignement du concept d’écosystème, devrait être exprimée comme objectif pédagogique. Des activités pratiques se basant sur la recherche des liens, les interactions, les rétroactions, la vision globale de l’écosystème, etc. devront favoriser la mobilisation des connaissances et le développement des compétences chez les apprenants. La formation des enseignants sur cette démarche reste prioritaire pour atteindre les objectifs pédagogiques fixés.
De cette étude, nous proposons comme démarche didactique, de commencer par procéder à l’analyse systémique de l’écosystème en tenant compte des deux aspects structurel et fonctionnel. La recherche des liens pourrait permettre de comprendre les enjeux, la régulation et l’évaluation les risques que représentent les crises environnementales sur la fragilité des écosystèmes.
Les propriétés émergentes comme les flux, la dynamique et la réorganisation, sont d’une part à renforcer auprès des enseignants à travers la notion de système prise dans divers domaines, et d’autre part à valoriser dans l’apprentissage des concepts complexes, de telles propriétés sont parmi les fondements même de l’approche systémique.
Description structurelle Description fonctionnelle Ensemble de la faune, de la flore et des
décomposeurs
Disposition en une chaine alimentaire avec divers types d’interactions : interspécifiques et intraspécifiques. Un écosystème se compose de sous
systèmes
Des rétroactions entre les sous systèmes permettent de réguler l’écosystème
Différents types d’écosystèmes : terrestres, marins et forestiers
Chaque écosystème peut maintenir des relations d’échange d’informations, de matières et d’énergie grâce à des frontières intelligentes
L’écosystème subit des perturbations qui peuvent modifier sa structure
La dynamique de l’écosystème et les relations de rétroaction lui permettent de se réorganiser pour maintenir un certain équilibre Le fonctionnement de l’écosystème
dépend de l’ensemble de ses éléments
L’écosystème est un système vivant, son fonctionnement lui assure son unité et son dynamisme
Tableau n°4 : exemple de description structurelle et fonctionnelle de l’écosystème.
Les questionnaires de pré-test ont été suivis par une formation des enseignants concernés sur la systémique, après application en situation de classe, des questionnaires de post-test ont été passés et des entretiens qui ont eu lieu avec certains enseignants de chaque groupe, et dont le résultat de l’analyse sera publié dans une prochaine occasion.
BIBLIOGRAPHIE
BERTALANFFY Ludwig Von. Théorie générale des systèmes, traduction CHABROL Jean Benoist. Paris : Dunod, 1973, pp. 53.
DE ROSNAY Joël. Le macroscope, vers une vision globale, éd. Le Seuil, Paris, 1975, pp. 101-110.
DE VECCHI Gérard & GIORDAN, André. (2002). L’enseignement scientifique comment faire pour que « ça marche ?», éd. Delagrave, pp. 93 – 95.
DONNADIEU, Gérard. & KARSKY, Michel. La complexité, penser et agir dans la complexité, éd. Liaisons, 2002, pp. 38 – 137.
GIORDAN André. & SOUCHON Christian. Une éducation pour l’environnement, vers un développement durable, éd. Delagrave, 2008, pp. 195 – 224.
GIORDAN André & MARTINAND Jean - Louis. Annales de didactique des sciences, n°2, éd. Université de Rouen, 1988, pp. 14 – 15
GIORDAN André & DE VECCHI Gérard. Les origines du savoir, des conceptions des apprenants aux concepts scientifiques, éd. Delachaux et Nestlé, 1987, pp. 111 – 121 GIORDAN André. Apprendre ! Débats Belin, nouvelle édition 2002, 1998, pp. 85 – 93. LE MOIGNE Jean - Louis. La modélisation des systèmes complexes. Afcet Systèmes,
Collection dirigée par Bernard Paulré, éd. Dunod, Paris, 1990. p. 24.
LE MOIGNE Jean - Louis. La théorie du système général, théorie de la modélisation, éd. PUF, Paris, col. systèmes-décisions, deuxième édition, 1977, pp. 37.
MORIN Edgar. La méthode, Tome I : la nature de la nature, éd. Le Seuil, Paris, 1977, p. 102. WALLISER Bernard. Systèmes et modèles : introduction critique à l’analyse de systèmes, éd. Le Seuil, Paris, 1977, pp. 9 – 10.
