EXPÉRIENCE ET GENÈSE DANS LES ACTIVITÉS
DE RÉALISATION À L’ÉCOLE PRIMAIRE
Aline COUÉ*, Jocelyne FAILLARD**, Arlette L’HARIDON***, Pierre VÉRILLON****
*IUFM de Melun, **IUFM de Bourg-en-Bresse, ***IUFM de Rouen, ****INRP
MOTS-CLÉS : TECHNOLOGIE - RÉSOLUTION DE PROBLÈME - HYPOTHÈSE – ASSEMBLAGE - ÉCOLE PRIMAIRE
RÉSUMÉ : Afin de réfléchir au rôle de l’expérience et de la résolution de problèmes en technologie, on a proposé aux participants un problème de conception d’un mécanisme à la seule aide de ciseaux, de carton et de colle. Ensuite des enregistrements vidéo d’élèves des différents cycles du primaire, confrontés à une tâche similaire, furent présentés. L’activité en technologie apparaît essentiellement orientée vers la production d’artefacts efficients : comment les enfants développent-ils leurs compétences dans ce domaine ?
SUMMARY : In order to discuss the status of experiment and problem solving in school technology, participants were first asked to design a flat-shaped rotating mecanism out of cardboard and glue as used to animate illustrations in books for children. Then videos of pupils in different grades of primary school solving a similar problem were shown. Problem solving in technology appears as primarily concerned with producing successful artefacts and only secondarily with establishing truths. How children develop their cognition and abilities in this domain needs to be investigated.
1. INTRODUCTION
Dans le cadre d’un appel à association de l’INRP sur le thème : « Les activités de production dans les enseignements technologiques de l'école obligatoire : approches didactique et psychologique », les animateurs de cet atelier cherchent à caractériser, notamment dans leur genèse, les premières formes de rapports techniques que l’enfant peut entretenir avec le monde à l’occasion d’activités qui lui sont proposées à l’école maternelle et primaire. Ce projet soulève des questions d’ordre :
- épistémologique : existe-t-il une spécificité du rapport technique au monde, et donc - pour reprendre la problématique de ces journées - une spécificité des expériences de la technique ? - psychologique : comment se manifeste psychologiquement ce rapport au monde, notamment chez
l’enfant, au niveau de ses apprentissages et de son développement ?
- didactiques : quelles conséquences peut-on en tirer au plan d’une éducation technologique ?
2. DÉROULEMENT DE L’ATELIER
L’objectif est de conduire un dialogue avec les participants en leur proposant, d’une part, de faire (et de se faire) une expérience de la technique à travers une activité de réalisation, et, d’autre part, de discuter de documents audiovisuels et d’analyses élaborés au cours de cette recherche INRP.
2.1 L’activité de réalisation
Dans le contexte de la fabrication d’un livre animé, la tâche consiste à concevoir et à réaliser, à la seule aide de ciseaux et de colle, l’assemblage de deux éléments en cartoline afin qu’ils puissent tourner dans le même plan. L’assemblage doit être plat, solide et non-démontable. À partir des réactions des participants, différentes stratégies de résolution du problème sont dégagées :
- Une stratégie plus déductive partant d’une analyse fonctionnelle - par exemple : il faut un axe et une butée, donc il faut découper, percer. Cette stratégie part de considérations fonctionnelles pour élaborer des réponses procédurales et structurelles.
- Une stratégie partant d’une solution connue : on connaît l’attache parisienne, on essaie par analogie d’en fabriquer une autre avec d’autres moyens matériels. On part de l’aspect fonctionnel, on évoque une solution validée, on la décompose structurellement en cherchant à identifier les éléments qui la composent, les procédures pour obtenir ces éléments.
- Une stratégie plus intuitive partant de l’action pas à pas : essais suivis de validation, la régulation se faisant au coup par coup. On part du procédural, on valide fonctionnellement les solutions.
- Une stratégie partant du sens : que représentent les deux éléments à assembler ? Cette stratégie part du contexte pour aller vers les éléments structurels, puis vers le procédural, puis le fonctionnel. - Une stratégie partant de l’observation, puis de l’imitation des procédures d’autrui.
2.2 Discussion : quelle spécificité des expériences de la technique ?
problèmes, le qualificatif « technique » réfère à certaines activités et à certaines communautés qui produisent et gèrent ce que l’on a parfois appelé la civilisation matérielle. À côté d’autres sphères socialement et historiquement différenciées - savante, cultuelle, artistique - la technique assure la production industrieuse d’artefacts utilitaires dans les multiples domaines où se manifeste l’état de nécessité matérielle des humains (alimentation, habitat, équipement, santé, transport, communication, énergie, etc.). On peut donc caractériser son projet comme la recherche de situations matérielles avantageuses à travers la conception, la fabrication, la mise en œuvre et l’entretien d’artefacts. L’idée d’artefact renvoie au fait que l’action technique engendre et utilise des dispositifs artificiels (aménagements de la nature, objets, processus, systèmes, procédures, signes...). Ces dispositifs possèdent des caractéristiques (morphologiques, mécaniques, chimiques, sémiotiques, relationnelles,...) non présentes naturellement dans l’environnement, qui ont été anticipées et agencées en fonction d’une finalité. L’artefact est donc un agencement matériel, construit et raisonné, de propriétés invariantes, destiné à être mis en œuvre dans un contexte donné pour obtenir des transformations avantageuses du milieu. La notion d’avantage renvoie au fait que l’action technique vise toujours à conférer de la valeur ajoutée à la réalité qu’elle transforme et qu’elle crée. La recherche d’effets intéressants, mélioratifs, avantageux constitue un mobile essentiel de l’activité technique.
Qu’est-ce qui constitue alors un problème pour la technique par rapport à un problème en sciences de la nature ? On l’a vu, le projet de la technique est pragmatique, opportuniste et utilitaire : mettre à profit des propriétés du réel pour réduire les tensions issues de l’état de besoin. Le projet de la science est au contraire épistémique : produire de la connaissance relativement au réel en recherchant et en rendant compte des régularités qui s’y manifestent. Dans ces conditions, la notion de problème recouvre des réalités assez différentes en science et en technologie. En science, il y a problème lorsqu’un élément du réel résiste à l’intelligibilité. Selon Kuhn, l’essentiel du travail « normal » d’une communauté savante consiste d’ailleurs à résoudre les « énigmes » qui défient le cadre théorique reconnu, tout en le consolidant lorsqu’elles sont finalement résolues. Les problèmes critiques apparaissent en revanche lorsque ces énigmes résistent, constituant des « anomalies » qui jettent la suspicion sur le paradigme dominant, entraînant parfois dans le champ des remaniements profonds - « révolutionnaires » - tant au niveau de la théorie que de la phénoménographie.
En technologie il y a problème lorsqu’un avantage attendu ne se réalise pas, soit que l’artefact qui le procurerait fasse défaut (problème de conception ou de production), soit qu’il existe mais ne parvient pas, ou plus, à procurer l’avantage de manière satisfaisante (panne, obsolescence, compétence insuffisante de l’utilisateur). Simondon distingue deux fonctions propres aux artefacts qui peuvent poser problème : la fonction de médiation entre deux réalités qui lui sont hétérogènes (l’homme et le milieu), la fonction d’auto-corrélation entre les éléments qui le composent. Pour lui, les problèmes liés aux relations homme-artefact et artefact-milieu se règlent par des processus plutôt continus d’adaptation progressive alors que la solution des problèmes d’auto-corrélation interne des composants exige des remaniements structurels plutôt discontinus (invention).
Le problème que nous avons soumis aux participants de l’atelier participait de ce deuxième genre : il s’agissait de concevoir, à la seule aide de carton et de colle, un mécanisme présentant l’avantage d’être plat tout en assurant une rotation en sortie. La solution consiste à mettre à profit certaines propriétés
physiques invariantes du carton (notamment sa résistance à la déformation dans le plan) et de la colle qui, articulées avec un ensemble de formes géométriques inter-corrélées à déterminer, permettent d’obtenir un artefact doté des propriétés souhaitées. Toute la difficulté consiste à évoquer et mobiliser en pensée simultanément ces invariants physiques, géométriques et relationnels tout en les faisant converger vers le but visé, en minimisant les contradictions et en majorant les synergies. Ce processus peut être guidé par la connaissance de solutions existantes, par la réflexion théorique ou par essais et approximation (ou une association des trois).
2.3 Présentation de documents de recherche
Les séquences vidéo, choisies volontairement très courtes, visent à mettre en évidence certains points importants observés dans les trois cycles de l’école primaire.
2.3.1 Cycle 1
Contexte : Il s’agit d’une classe de GS. La tâche consiste à trouver une solution permettant de relier 5 feuilles afin de constituer un livre. L’extrait présenté (2 minutes) montre l’un des enfants s’engageant sur le chemin de la solution. Celui-ci a le choix parmi plusieurs modes d’assemblage proposés par l’enseignante : du scotch, de la colle, des attaches parisiennes.
“ C’est dur ” dit-il. Le problème posé est loin d’être anodin. “ Il faut coller ” : L’enfant perçoit la nécessité d’un assemblage : il dispose déjà d’une “ expérience de la technique ”. Il plie une feuille en deux en montrant que cela fait “ comme un livre ” : il manifeste sa connaissance de quelques-uns des invariants qui définissent le concept de livre. Il cherche ensuite une solution d’assemblage. Dans un premier temps, il imite sa voisine : mais il ne réussit pas à s’approprier d’hypothèse qui guide l’action de celle-ci et sa solution est invalidée. Il doit chercher une nouvelle stratégie.
2.3.2 Cycle 2
Contexte : l'activité s'inscrit dans un projet de correspondance de la classe : "Envoyer à nos correspondants un petit livre ou chaque enfant se présente." Après avoir sélectionné une solution et établi un "bon de commande" de matériel et d'outils, chaque groupe de quatre élèves reçoit pour consigne de « se rappeler la façon choisie pour attacher les pages d'un livre. Vous vérifiez avec votre dessin si c'est bien ce que vous aviez décidé et commandé. »
On note quatre comportements différents face à la tâche proposée.
- Lisa, conceptrice de la méthode, "s'aperçoit" rapidement du risque de non-fonctionnement de son système - le pli comme l'élément de liaison - mais persévère malgré tout. Les systèmes d'attache proposés (colle, agrafes ou scotch) ne sont envisagés que pour fixer ce pli. La genèse de cette solution est issue d'une réflexion concernant un doute quant à la fiabilité de l'agrafe. Deux critères sont mis en avant : efficacité et durabilité de la liaison. L'explication est de l'ordre du "afin de", dirigée vers le projet.
- Ludmilla attend que les autres trouvent la solution en faisant simplement la remarque que "c'est difficile". Elle regarde sans initiative, se précipite dès que Lisa lui demande son aide pour découper et lui tendre des morceaux de ruban adhésif.
- Manuel "sait" qu'il faut mettre des agrafes. Il refuse de prendre part à l’activité en cours, s'amuse du résultat peu convaincant. Il "savait" que cela n'irait pas : il s'agit d'une affirmation sans explication,
argumentation ni possibilité de représentation de sa propre proposition d'assemblage. Il n'y a pas d'hypothèse mais une certitude.
- Guy anticipe intellectuellement le risque de mise en échec de l'hypothèse proposée par Lisa et sélectionnée par le groupe, mais soutient la tentative. Comportement réfléchi, anticipatoire, s'orientant sur la formulation d'hypothèse : "on peut vérifier si…" La relation est de cause à conséquence avec un raisonnement par inférence : inférence déductive - du général "ça peut coller que 2 feuilles" vers le particulier "la couverture et la dernière" - et inférence inductive - on induit une règle : "parce que ça traverse pas". L'explication est de l'ordre du "parce que", dirigée vers la connaissance de l'objet, de la liaison. Elle vise la généralisation.
2.3.3 Cycle 3
Contexte : par manque de place dans le classeur, des fiches doivent être enlevées du classeur et assemblées pour les montrer aux parents et les stocker à la maison. Cependant, on doit pouvoir les consulter dans l’année, si on en a besoin. La tâche se situe donc pour les enfants dans le cadre d'une activité d’archivage. Les élèves ont choisi deux techniques d’assemblage : agrafage, perforation -ligature. La séquence montre la phase d'évaluation en commun des solutions proposées.
Pauline : “ Les agrafes sont trop serrées, quand on ouvre le livre, ça décollait un peu, il faut placer l’agrafe plus haut. ”
Un enfant : “ Les agrafes sont trop au milieu… on ne peut pas lire… ”
Les élèves se placent du point de vue du lecteur et en dégagent une solution : changer la position des agrafes. Le maître conclut : “ Il faut pouvoir tout lire et que les pages ne se détachent pas .” Dans cette perspective, deux ensembles de contraintes sont dégagées :
- Agrafer
Les agrafes doivent être du même côté que les perforations des fiches ; elles doivent assembler toutes les feuilles et être fermées ; elles doivent être alignées ni trop près du bord, ni trop à l’intérieur des fiches ; la fermeture des agrafes est sous le livret ; il faut mettre trois agrafes ou plus.
- Perforer et attacher
Les perforations de la couverture et du dos doivent être en face ; les perforations doivent être en face de celles des fiches de maths ; les liens doivent être solides. ll faut qu’on puisse tourner toutes les feuilles.
Pour valider leurs solutions, les enfants ont dû passer du point de vue de la fabrication à celui de l’utilisation. En revanche, aucun enfant n’a anticipé la difficulté due aux nombre de pages à lier, ni la nécessité de repères pour positionner correctement les agrafes.
2.4 Discussion
Les évolutions constatées semblent se caractériser par la libération progressive de l’activité des élèves par rapport à un certain nombre de prégnances :
- prégnance, surtout chez les petits, du contexte et de la fonction d’usage par rapport aux préoccupations de conception/fabrication, puis, ultérieurement, chez les plus grands, cloisonnement entre les deux ;
- prégnance de la forme : primat du figuratif sur les principes opératoires. Penser la liaison mécanique au niveau opératoire nécessite de se représenter en pensée et de caractériser des relations entre pièces ;
- prégnance de l’immédiat par rapport au médiat : p. ex., la colle, le scotch, solutions favorites des petits, sont considérés comme possédant d’eux-mêmes une vertu « liante », on leur délègue l’opération de liaison ; l’agrafe, l’attache parisienne nécessitent une intervention ;
- primat des opérations de proche en proche sur les opérations d’ensemble : difficulté à coordonner et intégrer les opérations réalisées en succession.
3. REMARQUES CONCLUSIVES SUR L’EXPÉRIMENTATION TECHNIQUE
L’expérimentation, c’est-à-dire la vérification empirique de conjectures, joue un rôle décisif dans la résolution de problèmes tant techniques que scientifiques. Ces conjectures peuvent être minimales, comme dans les expériences « pour voir », ou plus élaborées lorsqu’il y a construction d’hypothèse. Cependant le statut et la nature des hypothèses diffèrent en science et en technique. En science, l’hypothèse est une étape dans le processus de production de théorèmes, c’est à dire de propositions tenues pour vraies relatives au réel. C’est une anticipation vraisemblable sur la connaissance, suggérée par des constats d’invariance et des considérations théoriques, et que le plan d’expérience vise à falsifier ou vérifier. Le nouveau théorème vient consolider le cadre théorique qui l’a engendré.
Dans le champ de la technique, les hypothèses anticipent sur des agencements de propriétés invariantes - matérielles, logicielles, sémiotiques... - susceptibles de produire un effet ou un dispositif intéressant par rapport au problème posé. Ces agencements sont suggérés par des constats d’invariance dans le réel ainsi que par des connaissances (théories pragmatiques, connaissances d’ordre scientifique et technique...). Ces solutions prototypiques sont mises à l’épreuve et, si elles sont retenues, sont intégrées dans la constitution de l’artefact. Au cours de ce processus des connaissances sont produites mais elles ne sont que rarement produites pour elles-mêmes et lorsqu’elles le sont - dans un centre d’essais, par exemple - c’est toujours avec des préoccupations relatives à la conception (fabrication, maintenance, etc.) d’un artefact.
BIBLIOGRAPHIE
INHELDER B., CELLERIER G., Eds., Le cheminement des découvertes de l'enfant, Neuchâtel : Delachaux et Niestlé, 1992.
KUHN T. S., La structure des révolutions scientifiques, Paris : Flammarion, 1983.
LAYTON D., Éducation scientifique et action : les relations entre les sciences enseignées à l'école et la pratique, Aster,1994, 19, 117-155.