« Trop de traits ! » : L’ÉVALUATION SPONTANÉE DE LA
SCIENTIFICITÉ DE SCHÉMAS D’EXPÉRIENCE
Estelle BLANQUET
Université de Nice Sophia Antipolis, I.U.F.M. de Nice Célestin Freinet, Institut Robert Hooke de Culture Scientifique et LDES, Université de Genève
MOTS-CLÉS : CRITÈRES DE SCIENTIFICITÉ – OMBRES COLORÉES – OPTIQUE GÉOMÉTRIQUE – REPRÉSENTATIONS GRAPHIQUES – DÉMARCHE D’INVESTIGATION
RÉSUMÉ : Des étudiants en situation de vivre des démarches d’investigations sont souvent conduits à produire des schémas explicatifs. On peut alors confronter leurs productions et leur demander de choisir « la plus scientifique ». Les critères de scientificité spontanés qui émergent de ce travail semblent relativement peu dépendants du public concerné (français ou étrangers, adultes ou enfants, etc.).
ABSTRACT : Inquiry-based science education often yields schematics and explanatory drawings by the students. They are then asked to elect « the most scientific » of these productions. The criteria of scientificity that are spontaneously invoked don’t appear to depend much on the age (adults as well as children) or the culture (science teachers or generalists, French or Brunei, etc.).
1. CADRE DU TRAVAIL
Faire vivre des démarches d’investigation passe très souvent par la réalisation par les participants de schémas explicatifs, que ce soit pendant la phase de formulation de la question, celle de recherche, ou lors de la formulation de la réponse. La confrontation des productions individuelles ou collectives est un moment où le formateur peut, dans l’interaction, inciter les participants à réfléchir sur leur caractère « scientifique » ou non. Les échanges qui s’ensuivent permettent alors d’identifier les critères de scientificité spontanés appliqués par les participants à ces productions. Les résultats présentés ici s’appuient en particulier sur la mise en investigation de stagiaires sur une expérience d’ombres colorées [1,2,3].
Cette étude a été réalisée essentiellement dans le cadre de la préparation d’étudiants au concours de professeur des écoles (cent soixante étudiants). Cinquante enseignants stagiaires du premier degré en formation initiale, dix-sept en formation continue, trente professeurs de sciences au Brunei (avril 2009) ainsi que vingt-cinq élèves de CM1/CM2 ont également les mêmes démarches d’investigation.
Si le nombre de participants (265 au total) ne permet pas de traitement statistique significatif, il autorise une première comparaison qualitative entre les discours en fonction de paramètres sociologiques et culturels :
• participants français (235 au total) ou étrangers (30)
• adultes (240) ou enfants (25, auxquels on pourrait ajouter 200 autres élèves dans le cadre du jardin des sciences)
• jeunes de niveau scolaire (25), futurs professeurs d’école (190), professeurs de sciences (30)
2. MÉTHODOLOGIE
La méthode choisie est l’analyse et la comparaison a posteriori des documents – enregistrements vidéo des séances et audio des discussions au sein des groupes, recueil d’affiches et écrits réalisés – afin d’en extraire les critères de scientificité employés par les participants. La grande diversité de ces productions d’un groupe de participants à l’autre ne permet pas de présentation systématique de ces résultats, et les exemples que je proposerai ici le seront à titre d’illustration. Des constantes qualitatives apparaissent malgré tout, qui autorisent l’identification d’un certain nombre de critères de scientificité spontanés, et le constat d’absence de quelques autres [4].
fluidité de la démarche et limiter tout ce qui pourrait alourdir son déroulement. En outre, la primauté donnée à la formation rend inévitable la perturbation de la « mesure » par l’interaction entre le formateur et le participant.
3. L’ENJEU DE FORMATION SUR LES REPRÉSENTATIONS
Les démarches d’investigations proposées tendent, outre la compréhension des phénomènes, à développer la capacité à les représenter. Les élèves devront en particulier savoir, d’une part identifier et expliciter des paramètres pertinents, et d’autre part être précis dans leurs représentations, associant observation et modèle. Avant de passer à une analyse plus fine de la démarche menée sur les ombres colorées, je me propose de les passer en revue brièvement sur des exemples de situations, la balance trébuchet et l’alternance jour/nuit, mettant respectivement en lumière la difficulté des participants à traduire chacune de ces deux compétences.
3.1 Identification des paramètres pertinents, exemple de la balance trébuchet
Au cours d’un travail sur les leviers et les balances, on propose de construire une balance trébuchet en kit. Cette construction conduit les étudiants à s’interroger sur l’utilité de certains éléments, tels la butée et l’élément permettant l’équilibrage du fléau à vide. Après le montage et une courte discussion pour s’assurer de la bonne compréhension du fonctionnement, il leur est rapidement demandé de schématiser le fonctionnement du trébuchet (à ce stade du travail, les étudiants ne différencient pas « dessin » et « schéma »). On constate alors que le pivot est très rarement représenté et qu’ils n’attachent pas d’importance particulière à la longueur de la barre (fléau) (figures 1a & 1b).
Les paramètres essentiels de tout modèle, même élémentaire, de la balance ne sont ainsi pas (ou peu) représentés, alors qu’on observe par ailleurs une volonté forte de réalisme (couleur des différents éléments, etc.). La confrontation des différentes productions et la discussion collective qui s’ensuit permet une modification rapide des représentations. Lorsque le même exercice leur est ensuite de nouveau demandé, le pivot est ensuite très majoritairement représenté et on observe une représentation plus symbolique avec extraction des éléments principaux (figure 2).
Figure 2
3.2 Observation et modèle : une association difficile
Un modèle simple d’optique géométrique permet de tracer la séparatrice entre les régions de jour et de nuit sur Terre. Une démarche d’investigation permet de tester l’appropriation du modèle par les participants qui ont préalablement travaillé sur le parallélisme des rayons du soleil et mis en évidence la construction des rayons lumineux. Il s’agit pour ceux-ci de répondre à la question : « Comment expliquer que, lorsqu’il fait jour à Paris, il fait nuit à Sydney ? ». Les participants ont à leur disposition pour tester leurs idées une source de lumière suffisamment puissante pour produire des contrastes nets (le « Soleil ») et une boule de polystyrène (la « Terre ») sur laquelle ils peuvent dessiner. Il leur est alors demandé de répondre sous forme de schéma et de représenter la séparation jour/nuit « le plus scientifiquement possible ». Après un travail antérieur sur l’association taille des ombres/ tracé des rayons lumineux, on aurait pu s’attendre par exemple à ce que les rayons lumineux soient tracés jusqu’à la sphère et délimitent les zones d’obscurité et de lumière. Ce n’est pas le cas, et on constate la difficulté des étudiants à associer ce qu’ils voient au modèle : si pour beaucoup les rayons sont bien représentés par des droites, rayons extrêmes et délimitation lumière/obscurité sont rarement associés correctement. Même s’il faut sans doute faire la part de la difficulté de raisonner dans l’espace (géométrie 3D), l’observation et le modèle n’en sont pas moins déconnectés. L’allure des tracés ne change pas significativement entre la France et le Brunei (dont la culture « galiléenne » semble moins marquée).
Figures 3a & 3b
4. UNE EXPÉRIENCE D’OMBRES COLORÉES 4.1 Déroulement
Obtenir des ombres colorées à l’aide d’une source lumineuse comportant des miroirs mobiles et des filtres (figure 4) est chose assez aisée [4]. Cela génère chez la plupart des participants, répartis en petits groupes, des exclamations de surprise et d’émerveillement : « C’est beau » est la remarque la plus souvent exprimée.
Figure 4
L’intérêt manifesté pour le phénomène observé et les questions qu’il soulève permettent alors de lancer une démarche d’investigation sur « Comment expliquer la coloration des ombres sur l’écran ?». L’explication de ce phénomène résiste suffisamment pour être à l’origine de nombreuses discussions entre participants et nécessite pour certains groupes des échanges avec le formateur. Ils ont alors comme consigne de présenter leur réponse sur une affiche, cette affiche devant comporter schémas et texte, avec un objectif de communication de leurs résultats au reste de la classe.
Le temps vient alors de la présentation des affiches réalisées par les différents groupes et de leur confrontation : c’est un moment riche où ils prennent conscience de la diversité des représentations choisies et des difficultés à comprendre ce qu’a fait l’autre. C’est le moment qui a été choisi pour leur demander « d’après vous quel est le schéma le plus/ le moins scientifique et pourquoi ? ».
4.2. Une grande variété de schémas
L’observation des nombreux schémas réalisés révèle une grande diversité des représentations, diversité qui alimente l’échange sur le caractère scientifique ou non de chacune et génère dans chaque classe des discussions différentes. En même temps, on retrouve des schémas très proches dans les différentes classes et ce indépendamment de l’âge (élèves de 10-12 ans et enseignants en formation continue : s’il détermine évidemment la sûreté du trait, il n’affecte pas nécessairement la rigueur de la représentation) et d’importantes différences culturelles (France et Brunei). Les photos d’affiches (figures 5a à 5g) permettent de se faire une idée.
Vues de dessus, vues de face, mélange des deux vues, représentation en perspective : toutes sont utilisées. Pointillés, flèches, traits, hachures, points, coloriage : telle est la variété de solutions trouvées par les participants pour tracer les rayons et délimiter les zones lumineuses telles qu’ils les voient sur l’écran et sur la surface horizontale sur laquelle repose la source lumineuse. Parallélisme ou non des rayons lumineux sortant de la source : les deux choix sont présents, même si par ailleurs la source utilisée n’est pas une source de lumière parallèle. On observe un souci de réalisme dans la plupart des représentations.
Figure 5e
Figure 5f
Figure 5g
Figure 6a
4.3 Quel est le schéma le plus scientifique ? 4.3.1 « Trop de traits ! »
Les deux schémas ci-dessous ont été réalisés dans des classes différentes et ont fait tous deux l’objet d’analyse détaillée par les participants (figure 6 a&b). Je ne résumerai ici que la partie de la discussion concernant « les traits ». Nous ne nous attarderons en particulier ni sur l’extrémité des rayons (jusqu’à l’écran ou non) ni sur leur parallélisme ou non, mais sur leur nombre. Pour la figure 6a, seuls deux rayons partent de chaque source colorée : ce schéma a été jugé peu scientifique par les participants qui estimaient qu’il n’y avait pas assez de traits pour comprendre la formation des couleurs sur l’écran (sans aucune référence au lien entre la direction des rayons, position de l’obstacle et taille des ombres sur l’écran). Le groupe auteur du schéma a alors réagi en expliquant que s’ils en avaient mis plus celui-ci n’aurait plus été compréhensible car il y en aurait eu trop et en conséquence n’aurait pas été scientifique. La figure 6b quant à elle n’a pas été jugée scientifique car peu compréhensible au motif qu’il y avait « trop de traits » : la pertinence de ceux-ci a ensuite été travaillée avec le formateur, les hachures ont été réalisées à cette occasion. Si les interactions diffèrent dans les deux classes, un critère commun émerge ici : le schéma doit avant tout être compréhensible pour eux, participants. L’association direction des rayons/obstacle/taille des ombres sur l’écran n’est à aucun moment soulevée comme nécessaire par les stagiaires.
4.3.2 Le poids des conventions
Les schémas 7a et 7b ont été réalisés par des professeurs de sciences au Brunei. Un professionnel aurait tendance à dire que, des deux, le 7a est le plus scientifique. Le modèle géométrique sous-jacent est satisfaisant : la représentation de l’intersection des figures géométriques est correcte même s’il faut pour cela prolonger des rayons effacés. Pour les participants, en revanche, c’est le 7b. La présence du coloriage est en effet rédhibitoire pour eux, « ce n’est pas la façon correcte de dessiner des rayons de lumière », « les rayons sont représentés par des couleurs », « on ne voit que des zones de couleurs ». Au contraire, sur le schéma 6b « les rayons sont correctement
La perception de la scientificité tient plus à la forme qu’au contenu.
Voici reproduit et traduit, en plus de ce qui précède, des commentaires écrits typiques (le temps disponible pour la formation le permettant) des stagiaires du Brunei de ces deux schémas :
Le 6a est le moins scientifique car « le dessin porte à confusion, est compliqué, pas clair, confus », « l’ombre noire ne devrait pas être formée devant l’écran, les ombres devraient être plus longues que l’objet » (ce qu’elles sont), « la source lumineuse n’est pas représentée, le schéma n’est pas complet ». Le 6b est le plus scientifique car « le schéma est simple, clair, facile à comprendre » (ils ne sont pas habitués aux vues de dessus comme celle utilisée sur le schéma 6a), « il y a des légendes », « la source lumineuse est représentée », « les concepts importants sont montrés ».
5. CRITÈRES DE SCIENTIFICITÉ SPONTANÉS : BILAN ET PERSPECTIVES Des différents échanges et productions des stagiaires se dégagent les éléments suivant : « C’est scientifique si...» :
• c’est clair,
• c’est compréhensible, • il y a des légendes,
• il y a un souci de réalisme, • il y a un souci de précision.
Ce dont ils ne parlent pas est aussi révélateur : paramètres pertinents, lien avec le modèle et complétude du schéma ne sont pas cités. Ce travail n’a pas vocation à la généralité : si les résultats semblent remarquablement stables au vu de la population testée, ils ont tous été réalisés avec la même formatrice.
Au regard de cette liste, il est intéressant de se poser la question du périmètre des critères dégagés. Il en est ainsi pour la précision : ce que les stagiaires entendent derrière ce terme et leur niveau d’exigence diffère en effet fortement de la vision du professionnel. On constate de plus une intrication forte des critères : ainsi souci de précision et souci de réalisme s’entremêlent… ce qui ne facilite pas l’interprétation.
L’identification des critères de scientificité spontanés, puis de ceux exprimés à l’issue de la formation n’est cependant qu’un point de départ : il s’agira ensuite d’identifier les processus à l’œuvre lors de la construction, de l’évolution et de l’appropriation de tels critères, et donc du rapport à la science, au cours d’une formation par une démarche d’investigation.
BIBLIOGRAPHIE
[1] De Hosson, C.(2004). Lumière et ombre. rapport ERT-e, La Main à la Pâte.
[2] Chauvet, F. (1994). Construction d’une compréhension de la couleur intégrant sciences, techniques et perception : principes d’élaboration et évaluation d’une séquence d’enseignement. Thèse de doctorat, Université Paris 7.
[3] Blanquet, E. (2009). Questions de sciences. In U. Bellagamba, E. Picholle & D. Tron (Dirs.), Rudyard Kipling et l'enchantement de la technique, actes des deuxièmes journées sciences & fictions de Peyresq. Nice : Éditions du Somnium.
[4] Blanquet, E. & Picholle, E. (2008). Autour d’une expérience élémentaire avec des ombres colorées : quelques signatures des critères de scientificité spontanés des élèves. In Rencontres pédagogiques de la Société Française d'Optique (27e JNOG, Lannion).
