LA FLÈCHE, OUTIL TRANSPOSABLE DANS LES SCIENCES
Christiane HAGUENAUER lU.F.M. de Lorraine
MOTSCLÉS: CADRE DE LECTURE CADRE DE RÉFÉRENCE ÉCRITURE FLÈCHE SIGNE CODAGE HISTOIRE DES SCIENCES ET DES TECHNIQUES ÉPISTÉMOLOGIE TRANSPOSmON DIDACTIQUE CYCLE -SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE.
RÉSUMÉ: Signe d'écriture polysémique communàde nombreux articles scientifiques et manuels scolaires, la flèche a une histoire récente dans le domaine des sciences où elle manifeste la maturité des concepts. L'analyse des productions de 800 élèves suivisàl'école, au collège et au lycée montre que la signification qu'ils donnent aux flèches dépend de leur cadre de lecture et de sa structuration en cadres de référence. Indispensable pour une alphabétisation en science, le codage précise le cadre de référence qui rend la flèche valide; il en fait un outil de réflexion et de communication.
SUMMARY : A polysemous writing-sign to be found in many scientific articles and schoolbooks, the arrow has a recent history in the field of sciences where it expresses the maturity of concepts. The analysis of work produced by 800 pupils through primary and secondary school shows that the meaning they invest the arrows with depends on their frame of reading and its structuraization into frames of reference. Essential to scientific literacy, coding makes explicit the frame of reference which renders the arrow valid ; it renders effective tbis instrument of ref1ection and communication.
A. GIORDAN, J.-L. MARTINAND et D. RAICHVARG, Actes JIES XVI, 1994
1. INTRODUCTION
La flèche, signe d'écriture polysémique, est d'emploi récent. Les dictionnaires actuels s'accordentà situer son apparition en 1835 mais ce n'est qu'au début du XXe siècle que les encyclopédies font référence au signe d'écriture. Trois problèmes sont successivement posés. Comment la connaissance de l'usage de la flèche comme signe d'écriture dans l'histoire des sciences et des techniques éclaire+ elle son emploi didactique? Dans quelle mesure son emploi en sciences de la Vie et de la Terre aide-il àla transposition didactique? Comment rendre cet emploi opérationnel au plan pédagogique?
2. APPROCHE HISTORIQUE : aspects épistémologiques et didactiques
2.1 Diversification de la sémantique de la flèche dans les deux derniers siècles L'usage de la flèche dans les sciences est récente. Galilée ne disposait pas de ce signe pour animer le modèle de circulation des astres: les flèches de mars et du sagittaire ont valeur de symbole guenier. Au XVIIIe siècle se développe dans les sciences et techniques le code indicateur de direction: en 1756, dans ['Introduction au Traité complet des Bois et des Forests, Duhamel dynamise un dessin par des flèches, précisant qu'elles indiquent la direction, la route des vapeurs auxquellesilsoumet une plante en germination pour agir sur la direction des racines (fig. la).Àla fin du
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e siècle, les flèches montrent les premiers enchaînements dans le temps. Au début du XXe siècle, un sens nouveau s'ajoute aux précédents pour évoquer l'idée d'une transformation: en 1924, le géochimiste Vemadsky donne une représentation moderne, fléchée, du cycle du carbone (fig. 1b).2.2 Utilisation des codes de flèche significative de la maturation des concepts L'emploi de la flèche comme code scientifique dépend du développement des concepts. Au début du
xrx
e siècle, les mineurs l'utilisent pour indiquer la direction des coupes et l'inclinaison des filons ; mais leurs plans sont repris dans les ouvrages scientifiques sans que les auteurs éprouvent le besoin de définir le code: technique,il n'a pas encore de portée génétique. À la fin du XIXe siècle, l'Allemagne découvre la reproduction des végétaux. En 1874, dans son Lehrbuch der Botanik, Sachs juxtapose et numérote les étapes de façon analytique: trop peu maîtrisé pour exprimer une succession, l'emploi de la flèche n'a pas encore de caractère heuristique et la généralisation du cycle n'a pas atteint un degré de clané suffisant pour assurer la construction d'un enchaînement fléché.2.3 Transposition didactique de l'outil en sciences naturelles
Au XIXe et auXXe siècles, les ouvrages scolaires et de vulgarisation témoignent d'une transposition
rapide de la flèche pour indiquer, dès 1820 (fig. 2a), l'orientation d'un objet en optique et, dans les décennies suivantes, le mouvement des planètes et la circulation du sang. Indicateur de la connaissance, la flèche manque dans les cahiers de géologie de Milne-Edwards et Auguste Comte. En 1847, elle indique le sens de circulation du sang et les mouvements protoplasmiques dans les cahiers de zoologie et de botanique mais n'est explicitée que pour ces derniers (fig. 2b), comme si l'implicite de l'auteur était implicite pour le lecteur.Ilen est de même, avec un décalage, dans l'enseignement secondaire: Langlebert, en 1885, pour la classe terminale, ne précise pas le code de la flèche orientant un objet en optique, il le fait pour la circulation du sang (fig. 2c). Seuls, quelques dessins juxtaposés illustrent la reproduction des végétaux mais, dès 1896, Daguillon utilise la flèche dans l'enseignement primaire supérieur pour enchaîner les étapes dans ce domaine enfin maîtrisé (fig. 2d). Les transpositions passent rapidement des grandes aux petites classes.
Au début duXXe siècle, des réfonnes simplifient les programmes de l'école élémentaire. Le retourà la priorité de l'observation sur l'explication du non visible se traduit par le renforcement de la monosémie de la flèche dans son sens premier. L'enseignement primaire supérieur reprend les mêmes concepts en les développant pendant les trois années du cycle d'études: les occurences des types de flèches sur les mêmes objets dans l'édition de 1910 d'un manuel d'un auteur pour les trois classes successives montrent l'emploi globalement progressif de la flèche qui sertà orienter avant de mettre en relation temporelle. Mais le retour au cadre de référence initial - de l'organisme par exemple - après agrandissement du cadre de lecture, se fait mal par l'amalgame, dans le cadre de référence initial, de flèches non codéesàsémantique différente appartenant aux cadres emboîtants et emboîtés. Souvent invalides dans le cadre de lecture des élèves, elles portent la marque du cadre de lecture, plus vaste, de l'auteur.
Dans la décennie suivante s'exprime le sens nouveau de transfonnation. Mais quand une notion scientifique nouvelle se développe, le signe reprend son sens initial: en 1920, la division cellulaire apparaît dans les ouvrages par des juxtapositions d'étapes non enchaînées tandis que des flèches non codées suggérent implicitement le déplacement des chromosomes (fig. 2e) ; elles révèlent, comme dans l'histoire du code, une dynamique d'espace plus immédiate que la succession dans le temps. Quand les concepts sont bien maîtrisés et que les programmes ne changent pas dans un cadre donné -c'est le cas entre 1940 et 1947 - les éditions successives révèlent la maturation didactique des auteurs qui structurent et améliorent leur codage des flèches (fig. 2f et 2g).
Ainsi, le caractère multifactoriel de l'emploi de laflèche dans l'histoire de l'enseignement des sciences naturelles apparaît liéàson degré de polysémie,àl'état de la connaissance du moment, au niveau de la classe à cette date, aux instructions mais aussi au cadre de lecture, plus ou moins structuré, des auteurs d'ouvrages. 11 devrait dépendre du cadre de référence dans lequel le code de flèche est valide dans le cadre de lecture des élèves! Mais ce n'est pas toujours le cas au cours de l'histoire des manuels de sciences naturelles.
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3. APPROCHE SCIENTIFIQUE aspects disciplinaires et didactiques
3.1 Utilisation actuelle de l'outil dans les Sciences de la Vie et de la Terre
Avec la flèche, les scientifiques disposent d'un outil de réflexion, sorte de joker heuristique pour mettre en relation les concepts en phase de recherche. Les publications scientifiques auxquelles les enseignants se réfèrent en font un large usage. Mais la rapidité d'évolution de la science rend difficile le décodage des différentes flèches. Face aux enjeux d'un domaine aussi sensible que celui du maintien de l'équilibre dynamique et homéostasique de l'environnement, l'alphabétisation scienti-fique appelle une meilleure maîtrise de la communication (fig. 3a et 3b).
3.2 Transposition actuelle à l'enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre La flèche évolue avec la représentation des quantités par l'épaisseur du trait. De 1986à 1989, B. Bolin et S. Schneider précisent le cycle du carbone sur les continents (fig.3a). Les flèches fines orientant les échanges, la largeur des bandes englobantes visualise les milliards de tonnes de dioxyde de carbone engagé dans les transformations : un code décelable mais non précisé. Les flèches sombres respectent les proportions pour illustrer l'intensité des rejets par combustion. Mais, isolées du cycle pour attirer l'attention, elles risquent, à première vue, de donner l'impression que l'Homme produit du dioxyde de carbone non recyclable. Transposé de 1990 à 1993, ce schéma donne lieu a des adaptations didactiques et de vulgarisation qui en faussent la signification: le non respect du code implicite d'épaisseur, le déplacement des flèches sombres vers l'atmosphère, l'introduction de nouvelles flèches non codées et la visualisationà cette échelle de faits appartenantàd'autres cadres de référence ne facilitent pas la compréhension de l'homéostasie chimique.
3.3 Conditions favorables à la transposition didactique d'un nouveau concept La connaissance du cycle de renouvellement des forêts fait progresser la connaissance de l'homéo-stasie biologique. Dans les deux dernières décennies, l'Allemand Remmert, le Français Hailé et le Hollandais Oldeman ont construit et communiqué progressivement la nouvelle science sylvigénétique
en enchaînant par des flèches les dessins préalablement juxtaposés et en structurant la sylvigenèse dans les cadres de références des forêts successives: l, Il, III et IV. La mise en relation temporelle des anticipations et régressions, déterminées par les chablis qui ouvrent la forêt, évoque un jeu de l'oie dont les flèches coderaient pour les avancées et pour les reculées (fig. 3b). Ainsi, clairement codées, les flèches aidentàla transposition didactique des concepts.
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d:dyn~miquc fig. 3b h: homéostasie
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4. APPROCHE PÉDAGOGIQUE : aspects pratiques et didactiques
4.1 Évolution de l'emploi des flèches par les élèves
Le suivi de 800 élèves (école élémentaire, collège, lycée) permet de situer dans le temps leur appropriation de la flèche pour exprimer leur savoir sur les cycles. À l'école, aucun ne l'utilise spontanément pour relier les étapes d'une construction nouvelle sur la reproduction; mais, devant un choix, les trois-quarts préfèrent à une juxtaposition une représentation par enchaînement fléché qui permet de "suivre la vie et la rencontre du mâle et de lafemelle". Plus entraînés en 6e, ils utilisent plus facilement les flèches (42 élèves en moyenne sur 100 contre 14 qui tracent un trait, les autres opérant une simple juxtaposition) ; en 5e, ils sont plus nombreux (84 contre 7 et 9 respectivement). Mais en Terminale leur nombre est plus faible (58 contre 8 et 33) : les mots remplacent souvent les flèches ou les précisent une à une. Aucun élève ne code ses flèches; si leur signification est facilement décelable au collège, elle devient ambiguë au lycée, surtout en Terminale où le cadre de lecture est plus vaste: les élèves mèlent aux flèches valides dans le cadre de référence suggéré par le thème des flèches appartenant à d'autres cadres de référence.
Le suivi individuel des élèves de la 6e àla 3e montre, pour un cycle précis, le passage de la juxtaposition aux enchaînements fléchés qui se généralisent dès la 2e. Mais, pour un cycle nouveau, la séquence élémentaire allant de la juxtaposition aux enchaînements réapparaît, avec priorité au caractère spontané de l'idée de mouvement sur le devenir. Ce retour peut donner l'impression d'une régression. Par exemple, au début de l'étude de la reproduction en 4e, les élèves doivent relier par une flèche signifiant"donne naissance d" certains noms donnés sans ordre (fig. 4). Sur 40 élèves, 14
pointent une flèche du spennatozoïde vers l'ovule, schématisant en fait le mouvement, 10 durablement,4 avant de la gommer pour exprimer le devenir.
fig.4
œuf spermatozoïde ovule
mâle adulte semence
femelle adulte
jeune
embryon
larve
4.2 Application àla formation des enseignants en Sciences de la Vie et de la Terre Une enquête sur le concept de cycle pour 63 professeurs confirme la polysémie et l'absence de codagedela flèche. Sachant que l'emploi des flèches dépend de la maturation du concept et témoigne de l'évolution scientifique, didactique et pédagogique, l'entraînementà leur codage prépare les étudiants et stagiaires de l'I.U.F;M;à la transposition didactique; il facilite l'enchaînement des concepts et les échanges dans la construction de progressions. En cernant les limites du cadre de référence dans lequel un code est valide,ilaide chacun à structurer son cadre de lecture en cadres de référence etàpréparer l'apprentissage des élèves en connaissant leur cadre de lecture.
4.3 Application à la production d'outils didactiques en géologie et en écologie Pour prévenir les difficultés de communication par les flèches quand le cadre de lecture grandit, il importe de rendre leur emploi opérationnel. C'est le but visé par des productions pédagogiques de biologie et géologie où les élèves apprennent très tôt à coder les flèches dans des situations simples, en cernant, dans leur cadre de lecture, les limites du cadre de référence dans lequel ce code est valide.
5. CONCLUSION
Signe d'écriture dont le lecteur fait une décodage implicite fonction de son propre cadre de lecture,la
flèche aide aux échanges lorsqu'elle est codée donc valide dans un cadre de référence précisà l'inté-rieur de ce cadre de lecture.
BIBLIOGRAPHIE
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