LE LABORATOIRE NATUREL
L'enseignement des sciences au niveau de la scolarité obligatoire défauts et dangers de la situation actuelle
Gérald GOY Observatoire de Genève Faculté des sciences et Faculté des sciences de l'éducation Université de Genève
IntroductIon:
"Sciences naturelles" et "Sciences physiques" ont évolué, dês l'origi-ne, sur des voies parallêles. Les programmes scolaires et les program-mes de formation des enseignants disjoignent complètement ces deux domaines qui sont devenus traditionnellement des "branches" complète-ments séparées.
Pourtant, on peut penser que cette séparation est une erreur â l'école primaire et au cycle d'orientation (périodes de la "scolarité obliga-toire").
sciences, techniques et environnement domestique:
Il est devenu banal d'entendre proclamer que nous vivons aujourd'hui Wle ''révolution technologique" sans précédent. Mais i l est devenu tout aussi banal de remarquer dans notre for intérieur que nos grands pa-rents avaient déjà prononcé quelque chose de semblable quand nous étions enfants, mais sans toutefois parler de "technologie" puisque ce mot n'était guère connu. Mais malgré cette permanence des idées, des schémas et des images, nous avons conscience que l'histoire ne se répète pas exactement de la même manière.
Au siècle dernier, dit "siècle de la révolution industrielle", des con-structeurs exhibaient avec fierté tous les mécanismes internes de leurs machines. C'était d'abord une nécessité technologique et une sécurité
à une époque où la fiabilité n'était pas très élevée et où les automa-tismes n'existaient pratiquement pas; c'était aussi un snobisme et un argument publicitaire car le grand public com~entait volontiers le fonctionnement de l'objet acquis.
Je me souviens bien avoir vu dans une épicerie, vers 1935, une armoire frigorifique en bois dur, construite comme un meuble de salon, avec son compresseur perché sur le sommet, exposant complaisamment toute sa tuyauterie, ses raccords, son radiateur et son moteur, le tout surmon-té d'une belle plaque de fonte travaillée au nom du constructeur. La mise en route n'était pas automatique. Une sorte de "glou-glou" (peut-être voulu) indiquait le moment critique où il fallait mettre en route, tandis qu'un "pschitt" prolongé appelait l'épicière â couper le courant. Tout était visible, audible, sensible. Une odeur d'ammoniaque dans la cage d'escalier de notre immeuble signifiait que le frigo de l'épicière (le seul de l'immeuble) avait une fuite. Les diagnostics étaient faci-les et littéralement publics.
Un siêcle plus tard, sous l'influence des nouvelles technologies, les conceptions ont radicalement évolué. La partie active, celle où se produisent les phénomènes physiques, n'est plus visible. Tout est mi-niaturisé, automatisé, scellé, carrossé, isolé, protégé. L'ignorance même est devenue un argument publicitaire. On a pu lire:
"Appuyez sur le bouton. Kodak fera le reste",
En revanche, l'enfant, lorsqu'il observe les activités ménagêres, se trouve toujours en contact avec une multitude de phénomènes et de sen-sations expérimentales simples:
propriété de l'eau ou d'autres liquides à chaud ou à froid: phénomênes d'ébullition, évaporation, condensation, combustion, fusion, sublimation
propriété des matériaux utilisés dans la quincaillerie culinaire, propriétés des produits sanitaires et même des produits alimen-taires: décantation, filtration, notion de température, de pres-sion
Effets du courant électrique, etc. etc.
Toutes les actions culinaires, tous les incidents volontairement pro-voqués ou parasites, tous les appareils avec leurs fonctions indiquées sur un "mode d'emploi", tous les phénomènes qui peuvent se passer dans une salle d'eau ou dans une cheminée sont les manifestations d'une phy-sique et d'une chimie banalisées par la répétition quotidienne ou sai-sonniêre.
Il est certain que l'enfant acquiert une certaine connaissance-dans ce milieu expérimental très particulier.
En bref, l'appartement est aussi, en quelque sorte, un laboratoire. finalement la question que nous sommes amenés à nous poser est celle-ci:
l'école ne pourrait-elle pas utiliser ce laboratoire naturel
et très riche pour donner une tournure scientifique
à
l'in-terprétation de cet ensemble de phénomènes et de propriétés
Qui se réalisent dans l'environnement Quotidien de l'enfant?
le cadre pédagogique moderne:
Au cours de ces quarante dernières année~le développement technologi-que et industriel a profondément marqué le milieu naturel. La
formida-ble acc616ration de ln recherche scientifique accompagn~ed'une verti-gineuse escalade de la productivité industrielle et agricole ont pro-voqué une chute spectaculaire du prix de chaque objet, relativement à
l'effort humain nécessaire pour le produire.
Avant la dernière guerre, le paysage campagnard était très peu modifié dans son ensemble. Les atteintes à la nature étaient limitées 1 cer-taines zones industrielles bien circonscrites.
Aujourd'hui, la multiplication des voies de communications rapides, la facilité et le bon marché des moyens de déplacement, l'augmentation du temps des loisirs et la progression considérable du niveau de vie ont profondément bouleversé ces données. Les demeures habitées temporairement se sont multipliées ainsi que tous les services qui les accompagnent. Les grands déplacements de populations ne sont plus seu-lement annuels. Les fêtes de fin d'années et les fêtes de Pâques en-traînent également d'importants exodes et les "ponts" qui relient un week-end à un jour férié sont de plus en plus longs et nombreux. Toutes les villes d'aujourd'hui connaissent aussi l'exode hebdomadaire (le "rayon de week-end" d'une grande ville dépasse les 100 km).
En résumé, on peut dire que l'emprise humaine sur la nature a connu et connait encore une croissance explosive. Les cultivateurs eux-mêmes ont puissamment participé 1 ces modifications avec les machines de terras-sements, les engins 1 fonctions multiples, les systèmmd'élevage dans des hangars industriels, les "tunnels" de cultures maraîchères et les cultures sous feuilles de plastique.
Cette situation nouvelle a entraîné avec elle un mouvement dit "écolo-~". Dans tous les milieux mais surtout dans les villes, des asso-ciations se sont créées pour protéger la nature et, au besoin, pour s'opposer 1 des emprises sauvages et dangereuse~Les collectivités lo-cales ont établi des plans d'aménagement, et des associations faitières sont devenues de véritables groupes de pression politique et économique. Dans tous les pays d'Europe le milieu scolaire a été profondément mar-qué par cette récente réaction. Les programmes de sciences se sont orientés vers les sciences naturelles. L'Observation et l'Etude de la nature ont connu et connaissent encore un engouement considérable. Comme les auteurs de ces programmes étaient eux-mêmes portés par le mouvement général en faveur de la nature, le mot "environnement" a pris pour eux un sens très particulier et très restrictif:
Il ignore complêtement les lois physiques et chimiques les plus sim-ples et les plus fondamentales qui gouvernent précisément ce monde de la nature. D'autre part, "l'Environnement domestique" a été complète-ment écarté alors qu'il occupe une place considérable dans le dévelop-pement d'un enfant.
En discutant avec certains auteurs de ces programmes de sciences je me suis rendu compte que cet ostracisme n'était pas entièrement conscient, mais qu'il n'était pas non plus dépourvu d'arrière-pensées.
En fin de compte, l'exclusion des sciences dites "exactes" m'est ap-parue comme une solution de facilité d'une part et comme une réaction contre l'envahissement technologique d'autre part. La physique et la chimie sont devenues synonymes de "mathématiques", donc inaccessibles avant l'âge de quatorze ou quinze ans. Les enseignants eux-mêmes ont subi une formation qui les conduit à une expression purement mathéma-tique des sciences di tes "exactes". Technologie est synonyme de Pollution!
l'école et la maison:
Durant sa scolarité l'adolescent se meut essentiellement dans deux mi-lieux très différents:
L'école d'une part, toute entière tournée vers l'éducation et l'acqui-sition des connaissances et l'appartement d'autr~où se déroulent d'innombrables actions qui relèvent de l'économie domestique et de la vie familiale.
Dans le cadre scolaire, l'enseignant utilise les objets avec une arriêre pensée pédagogique. Les phénomènes qu'il provoque ou suggère sont un prétexte à recherches suivies d'explications. Dans le cadre d~mestique
au contraire, les buts poursuivis sont purement utilitaires:
les objets doivent remplir certaines fonctions qui conduisent à cer-tains résultats. Les phénomènes accessoires et intermédiaires qui peu-vent se manifester sont sans intérêt:
ou bien ils passent inaperçus, ou bien ils sont considérés comme un simple signe de bon fonctionnement.
un exemple parmi beaucoup d'autres:
Tous les cours IHEmentaires de physique ont traitE du cycle "ébulli-tion-Evaporation-condensation". Dans une commune viticole, j'ai vu, dans un coin de la classe, un petit alambic bricolE par des élêves de 12 ans avec l'aide de leur maitre. Une bougie Etait la source de chaleur et
un tube de plastique transparent qui plongeait dans l'eau froide tenait lieu de condenseur. La cuve consistait en un simple pot à confiture avec sa fermeture à bayonnette. Il était facile de deviner tout ce que l'enseignant avait tiré de "l'objet" fabriqué collectivement.
Passons maintenant au cadre familial (que j'ai appelé plus haut "domes-tique").
La mère de famille vient d'acheter une "invention": une nouvelle cocot-te à préparer les ragoOts, daubes et civets. Chacun sait que ces plats doivent mijoter à petit feu três longtemps. Traditionnellemen~la fa-mille est mobilisée pour ajouter, par petites quantités, l'eau qui s'évapore en permanence.
Avec la nouvelle cocotte "miracle" (c'est écrit sur l'emballage), il ll'est plus nécessaire d'ajouter de l'eau pour remplacer celle qui s'é-vapore. On constate que le couvercle est creux et le mode d'emploi vous dit:
"~lette z j us te la bonne quantité d'eau dans vot re ragoOt, couvrez et
remplissez le couvercle creux avec de l'eau froide".
C'est tout! Après avoir longuement mijoté, votre cocotte contient, en fin de cuis-son, autant de liquide qu'au début.Dans la famille, quelques très rares esprits curieux poseront des ques-tions, feront des essais et finiront par comprendre ce qui se passe. Combien seront-ils à satisfaire leur curiosité jusqu'à une explication objective?
Bien peu. Car l' éduca tion scolai re, à aucun moment, n'a cherché à "inté-grer" les phénomènes physiques examinés à l'école aux techniques do-mestiques pourtant quotidiennes.
La plupart du temps, le savoir scolaire reste confiné à l'école, car aucun lien n'est établi entre la belle expérience scolaire et la réa-lité de tous les jours.
une manière exclusive d'Interpréter "l'environnement":
Pour bien situer notre intention, choisissons un exemple vécu: Un groupe de candidats à l'enseignement primaire participe à une le-çon de "sciences de l'environnement"sous la direction de moniteurs chevronnés. Sujet: La pollution d'un cours d'eau.
Après une longue promenade pleine d'observations le long d'un ruisseau, le groupe visite la station d'épuration d'un village, nouvellement construite. On y observe une foule de choses: la fermentation dans le digesteur avec ses gaz explosifs, les colonies de vers de terre dans
le filtre biologique, les plateaux de stockage des boues. A ce stade, je remarque déjà que l'on se contente de décrire sans jamais s'inté-resser le moins du monde aux phénomènes physique et chimiques qui gou-vernent cette usine- peu commune. Cet "oubli" deviendra flagrant devant un bassin de décantation circulaire, en forme d'entonnoir. Des larves de dyptères, sauf erreur, ont élu domicile au fond de l'eau. C'est jus-tement l'époque o~ la chrysalide remonte à la surface et libère l'in-secte parfait. En quelques minutes,nous assistons à plusieurs "nais-sances". Or, la plupart d'entre elles tournent mal. L'insect~ se ~ouil
le et se noie. Après une description minutieuse de tous les détails de la naissance, notre moniteur ajoute à peu près ceci: "malheureusement, comme vous pouvez le constater, ces stations d'épuration produisent des moustiques".
C'est tout!
Or, j'avais déjà assisté à de telles naissances mais dans un étang na-turel, et sans un seul raté; l'insecte pouvait même "marcher sur l'eau" avant de s'envoler.
La leçon s'est terminée abruptement et les choses en sont restées là. J'estime que cette application du programme des "sciences de l'environ-nement" a été gravement tronquée. Si ces insectes avaient des difficul-tés à prendre leur envol, c'est parce que l'eau contenait des déter-gents (évident!) et que, les "tensions superficielles" étant réduites, ils ne pouvaient pas toucher l'eau sans s'enfoncer et se noyer. La mention de ce phénomène aurait été amenée d'une manière parfaitement naturelle dans ce contexte. Il aurait été facile de promettre quelques expériences spectaculaires en salle:
" L'épingle qui flotte", " Le fil dans l'eau", " L'allumette à réaction",
"La mouillabilité et la capillarité" etc ...
Sans citer la moindre formule mathématique on aurait pu, au moyen de quelques schémas, faire comprendre le principe des tensions superfi-cielles dans un liquide (ici l'eau), les moyens de les réduire avec une goutte de détergent et les phénomènes qui en résultent.
L'auditoire est resté purement passif. Il est probable que le moniteur a été victime de sa propre formation spécialisée:
Il connaissait mal, ou même pas du tout, la nature physique du phéno-mène. Nais une certaine répugnance à mélanger "sciences naturelles" et
"sciences exactes" a peut-être aussi jou~ un rôle.
Pourtant, sciences "physiques" et sciences "naturelles" ont, à l'ori-gine, exactement le même sens puisque le premier est la traduction grecque du second, d'origine latine.
Finalement, cette s~parationmalheureuse de deux domaines pourtant étroitement imbriqués provient de plusieurs causes accumulées: 1) L'évolution historique qui a conduit aux mouvements écologiques
actuels (astrascisme plus ou moins conscient),
2) La formation des futurs enseignants qui favorise ce genre de s~ paration (on ne mentionne pas les lois de la physique à propos de sciences naturelles, mais on ne se sert pas non plus des scien-ces naturelles pour illustrer les exp~riences de physique!), 3) Une interprétation tendancieuse plus ou moins consciente du mot
"environnement".
objectifs et faisabilité:
Pour être p~dagogiquementrentable, une expérience pr~sentée à des en-fants doit satisfaire certains critères:
simplicité,
nombre restreint de paramètres, facilité d'observation.
Concrètemen~comparons deux s~ries d'expériences:
première série: seconde série:
la germination (sciences naturelles)
les propriét~s des courànts d'air (physique).
ici les paramètres sont aussi simples: le courant d'air (oui ou non),
les formes nécessaires et suffisantes, LA GERHlNATl ON: l' enfan t mai tr ise 1es paramè tres sui van ts :
l'âge de la graine (jeune ou vieille), l'humidité (ou la sécheresse),
la lumière (ou l'obscurité), la température (chaud ou froid).
La série d'expériences qui découlent de ces quatre paramètres est tellement admise et répandue que tous les enfants l'ont sOrement pratiquée au moins une fois dans leur scolarité. Personne n'en conteste l'intérêt.
LES PROPRIETES DES COURANTS D'AIR:
EXPERIENCE la
la direction du souffle (vers le haut, vers le bas). EXPERIENCE lb
Souffler dans l'entonnoir (E) pour essayer d'en chasser la balle de ping-pong (P)
EXPERIENCE 2a
Un disque de bristol (D) est posé sur une bobine (B). Il est centré au moyen de la punaise (P).
En soufflant dans le trou, essayer de chasser le bristol.
RESULTATS:
Tout en soufflant (la), abaisser l'entonnoir pour essayer de faire tomber la balle de ping-pong (P)
EXPERIENCE 2b
p
Tout en soufflant (0), rètourner la bobine pour essayer de faire tomber le bristol.
la et 2a: lb et 2b:
il est impossible de chasser la balle et le bristol.
la balle et le bristol restent "suspendus en l'air", à condition que le "courant d'air" soit suffisant.
1 et 2b sont les plus int~ressants: on constate qu'un courant d'air peut s'opposer à la chute d'un corps" (la balle et le bristol).
Ces deux expériences ont suscit~ une vive discussion lorsque je les ai présentées aux Journées de Chamonix.
Deux personnes, sur un auditoire d'une quarantaine, ont fait remarquer qu'il n'~tait ni possible, ni souhaitable de les proposer à des enfants: on ne pouvait rien en attendre (elles ~taients d'ailleurs les seules de
cet avis).
En revanche, mon expérience personnelle m'a montré que des adolescents de 8 à 12 ans sont parfaitement capables de constater la corrélation entre le "courant d'air" et "les formes en présence". En suscitant des réflexions autour des observables, on arrive à coup sOr à l'idée qu'un "courant d'air" peut s'opposer à la chute d'un corps dans certains cas. Les exemples naturels de manquent pas: les feuilles mortes dans le vent . . .
L'analogie avec le planeur et l'avion a presque toujours été découverte dans les minutes suivantes ou, en tout cas, dans les 24 heures.
Bien entendu, il n'est fait appel à aucune explication logique du
phé-nom~ne. Il appartient à l'enfant (avec l'aide de l'adulte) de bien
ob-server, et de faire appel à sa mémoire et à son imagination. Dans un cas particulier (une classe de Satigny-GE) j'avais eu une réponse in-attendue, três rapide, mais tout à fait adéquate:
Les garçons avaient construit des cerfs-volants et avaient librement observé qu'il fallait soit courir, soit profiter d'un vent naturel pour provoquer l'envol de l'appareil.
Ceci montre bien que des activit~s habilement dirigées peuvent condui-re à une meilleure conpréhension des phénomènes de la physique par la simple observation et la recherche d'analogies.
"Propriétés des courants d'air" 0 u "germination?
Peut-on comparer leur faisabilité et leurs objectifs? J'en suis persuadé.
Dans les deux cas, la simple observation n'a pas permis d'expliquer les phénomènes:
la multiplication des cellules et le métabolisme interne de la germina-tion ont échappé aux enfants (et aux adultes) aussi bien que les lois
de la dynamique des fluides dans les "proprHitl;is des courants d'air". Mais, dans les deux cas, l'acquisition de ces observables est une préparation indispensable 1 la suite des programmes de sciences phy-siques et naturelles.
Je reste convaincu que l'enseignement de la physique à la manière des sciences naturelles serait un 61ement très important de la préparation de nos elèves aux programmes des sciences dites exactes qui commencent
à se developper à l'ecole à partir de 12 ans.
Il ne reste