LE MILIEU DIDACTIQUE CONSTRUIT
POUR LES TRAVAUX PRATIQUES DE PHYSIQUE AU LYCÉE
Hélène RICHOUX
INRP - Didactique des Disciplines
MOTS-CLÉS : ENSEIGNANT - SCIENCES PHYSIQUES - TRAVAUX PRATIQUES – MILIEU DIDACTIQUE - CONSTRUCTION
RÉSUMÉ : Une étude menée auprès d'enseignants de physique-chimie de Première scientifique montre que l'élaboration de séances de travaux pratiques par l’enseignant repose plus sur une argumentation pédagogique et la prise en compte des contraintes institutionnelles que sur des références scientifiques. La construction de l'enseignant apparaît ainsi comme celle d'un “ milieu didactique ” et l'analyse des entretiens avec les enseignants permet de comprendre comment chacun articule ses choix et ses raisons.
SUMMARY : This paper reports on science teaching in high schools and focuses on teachers' design of lab-work sessions. Pedagogical reasons and institutional constraints seem to be the main factors leading to choices, while referring to scientific approaches are rarely invoked by the teachers in their planning strategies. The situation (devices, guidelines…) in which students are intended to carry out experimental activities appears as a "milieu didactique". Analysis of teachers' interviewes allows us to understand the different arguments teachers take into account for their choices.
1. PROBLÉMATIQUE
Les questions concernant les travaux pratiques sont régulièrement mises en avant dans les commentaires des programmes et les textes de l'Inspection générale (IGEN, 1996) ; dans la recherche en didactique différents travaux ont été menés depuis plusieurs années sur les activités expérimentales (Johsua, 1993) et, récemment, une étude européenne a montré des similitudes dans les pratiques des enseignants de nombreux pays (Séré, 1998). Ce sont ces pratiques que nous avons cherché à analyser et à comprendre. S'agissant bien de l'élaboration des séances de travaux pratiques par l'enseignant, nous avons été amenés à conduire des études de cas fondées, pour chaque séance, sur une observation de classe, l'analyse de la fiche de travaux pratiques et deux entretiens (avant et après) avec chaque enseignant.
Après la présentation d'une situation prototypique, nous présentons notre question de recherche, puis la méthodologie mise en place. Les principaux résultats sont ensuite présentés à l'appui de notre conclusion générale portant sur "l'enseignant constructeur".
1.1 Le cadre théorique : le milieu au sens de Brousseau
Quand l'enseignant élabore une séance de travaux pratiques, il vise des objectifs d'apprentissage, de structuration de connaissances et fait (implicitement ?) l'hypothèse que les activités qu'il confie à l'élève produiront les effets attendus pour l'acquisition des savoirs et savoir-faire.
Nous avons choisi d'étudier l'élaboration des séances de travaux pratiques comme la construction par l'enseignant d'un "milieu" (Brousseau, 1986) que Brousseau définit ainsi : "dans une situation de l'action, on appelle "milieu" tout ce qui agit sur l'élève ou ce sur quoi l'élève agit. Elle peut ne comporter ni maître ni autre élève". Pendant les séances de travaux pratiques, de façon traditionnelle, les élèves associés en dyades manipulent du matériel et des instruments, guidés par les consignes d'une fiche d'activités (la fiche de TP) et par l'enseignant ; nous considérons alors que matériels/instruments, fiche de TP, élèves, enseignant constituent le milieu pour l'élève.
Nous proposons d'abord un exemple classique (l'étude de la chute libre) pour illustrer la construction d'une séance de travaux pratiques élaborée par l'enseignant et le fonctionnement qu'il prévoit avec les élèves.
Un exemple de construction : "Étude de la chute libre d'un corps"
Les activités des élèves
Les élèves ont à leur disposition un matériel informatisé, dédié à l'étude de mouvements rectilignes (Magnum - Micrelec). Le logiciel d'acquisition enregistre les positions successives du mobile pendant sa chute et détermine la valeur de la vitesse.
En suivant les consignes d'une fiche, les élèves réalisent l'acquisition des mesures et sauvegardent leurs résultats ; ils affichent et exploitent ensuite avec un logiciel général (Regressi - Micrelec) les graphes des points expérimentaux représentant la hauteur de chute x(t) et la vitesse du mobile v(t) en fonction du temps. Ils déterminent ensuite l'équation de la parabole qui "passe au mieux" entre les points expérimentaux pour x(t) ainsi que l'équation de la droite qui décrit v(t).
Quelles sont raisons données par l'enseignant ?
Cette élaboration résulte explicitement des choix de l'enseignant :
faire le TP avant le cours sur la chute libre : "il me semble que les élèves savent de quoi je parle [...]
ils ont vu ce que c'était, donc quand moi je vais faire le cours, [...] ils sauront de quoi je parle",
établir les relations cinématiques x(t) et v(t) à partir de l'expérience, pour introduire ensuite les expressions "canoniques" du modèle de la chute libre (v = g.t puis x = 1/2g.t2) ; le travail expérimental permet la construction d'une référence commune aux élèves, référence sur laquelle il bâtira son cours et précisera le modèle de la chute libre : "[...] bon, donc, j'aimerais qu'ils
reconnaissent g, [...] qu'ils sentent que, peut-être il y a une relation avec g [...]".
1.2 Questions de recherche
Dans la séance de travaux pratiques présentée en exemple, les élèves manipulent des appareils et des instruments de mesures, réalisent les traitements mathématiques des données recueillies, évoquant par là même l'activité des scientifiques. Mais dans le même temps, le milieu avec lequel ils interagissent (fiche TP, objets, instruments) apparaît clairement planifié pour atteindre les objectifs d'apprentissage fixés par l'enseignant, de sorte que le principe de l'élaboration de la séance se trouve mis en question : Quand l'enseignant élabore une séance de travaux pratiques, l'activité scientifique est-elle sa référence ? Le milieu qu'il bâtit amènera-t-il l'élève à construire ses connaissances en développant une démarche transposée d'une démarche scientifique ? le milieu pour les travaux pratiques (Tsoumpélis, 1993) ainsi créé par l'enseignant peut-il être alors considéré comme a-didactique (au sens de Brousseau) ?
Pour répondre à ces questions, nous avons mis en œuvre une méthodologie d'études de cas fondée sur des entretiens avec des enseignants et des observations de classes.
2. ANALYSE DE LA CONSTRUCTION D'UNE SÉANCE DE TRAVAUX PRATIQUES
2.1 La méthodologie
Dans notre étude, nous avons analysé l'activité d'enseignants d'établissements différents. Les séances de travaux pratiques analysées portent sur les mêmes thèmes et le même niveau d'enseignement (la Première S, classe scientifique encore éloignée de l'emprise de l'évaluation finale ; Richoux, 1998). Nous analysons ici le travail fait avec deux professeurs confirmés (désignés P2 et P4) qui enseignent dans des lycées où les élèves appartiennent à des milieux socio-culturels variés afin de minimiser l'influence du paramètre "élèves". Pour les travaux pratiques, nous avons retenu des sujets reconnus comme pérennes (Bécu-Robinault, 1995) et nous en avons choisi trois où, a priori, les objectifs des séances et les activités pouvaient être différents : la chute libre, la mesure d'une grandeur calorimétrique et l'étude d'un dipôle électrique en vue d'un bilan énergétique.
planification Planification globale Planification interne au TP Organisationmatérielle
Activités des élèves
Productions
Activités de l'enseignant
Figure 1 : Structuration des items de planification : détail de la planification interne
Notre question de recherche vise donc l'explicitation par les enseignants des activités qu'ils organisent habituellement. Dans notre étude, les séquences que nous avons étudiées ont été élaborées sans aucune intervention de notre part. Les fiches de TP correspondantes et les entretiens semi directifs que nous avons menés pour chaque séance constituent les sources essentielles des données recueillies. Ce sont les entretiens préalables qui ont été les plus riches : menés en s'appuyant sur la fiche rédigée par
l'enseignant, ils ont conduit celui-ci à développer sa propre analyse a priori de la séquence. L'analyse
a été réalisée ensuite sur les transcriptions.
2.2 L'analyse des données
Le premier thème d'analyse présenté est celui de "la planification des activités et des productions" (Tochon, 1989). Le second thème mis en évidence dans les entretiens concerne les "raisons, justifications, argumentations" des enseignants qui expliquent leurs choix.
Les items de planification
Pour ce qui concerne la planification des activités, les entretiens ont fait apparaître différents éléments que nous avons été amenés à distinguer selon deux ensembles (Figure 1).
Le premier ensemble concerne les éléments de "planification globale" : la place de la séance par rapport au programme (aspect institutionnel) et par rapport à la progression suivie par l'enseignant dans la classe particulière étudiée. Le second ensemble d'éléments que nous avons qualifiés "d'internes" à la séance de travaux pratiques comporte : la planification des activités et des productions des élèves, la planification des activités et interventions de l'enseignant, l'organisation matérielle.
Les items de raison / justification / argumentation
Pour ce qui concerne les "raisons" expliquant tout ou partie des choix opérés, l'hypothèse était que des "critères de scientificité" (appareils, méthodes, démarches, faisant référence à "la science" ou à "l'activité des scientifiques") apparaîtraient comme essentiels.
Mais très clairement, et il s'agit là pour nous d'un résultat essentiel, les références attendues à des démarches scientifiques ne sont pas apparues spontanément pendant les entretiens. Par ailleurs l'articulation didactique / scientifique ne s'est pas manifestée non plus de façon explicite dans le discours des enseignants.
Notre catégorisation des raisons ne comporte dès lors qu'une prise en compte de références à l'enseignement scientifique, où nous distinguons alors deux catégories que nous avons appelées "raisons d'entreprise" et "raisons d'enseignement" (Figure 2) :
Raisons justifications argumentations Raisons d'entreprise Raisons d'enseignement Enseignement de physique Prise en compte de l'apprentissage Choix pour l'enseignement
de la physique Objectifs généraux Gestion de l'activité Raisons scientifiques l'apprentissage
Figure 2 : Structuration des "raisons" : détail des "raisons d'enseignement"
Les "raisons d'entreprise" : Dans cette catégorie, nous avons considéré les contraintes que l'enseignant doit institutionnellement prendre en compte (programmes, durée des séances, etc.) ainsi que les contraintes matérielles spécifiques à l'enseignement expérimental (matériel disponible, équipement des salles, etc.).
Les "raisons d'enseignement" : Cette catégorie regroupe les raisons correspondant aux choix propres de l'enseignant concernant la séance, et à la gestion du groupe. Nous y avons distingué "l'enseignement de connaissances, savoir-faire et démarches de physique" de la "prise en compte de l'apprentissage en physique" : d'un côté l'enseignant argumente l'organisation de sa séance en fonction de connaissances, savoir-faire à acquérir par tous, et de l'autre, il s'intéresse plus spécifiquement à l'élève-apprenant, et prend en compte les difficultés particulières.
Dans la rubrique "gestion de l'activité du groupe", nous avons mis ce que l'enseignant invoque pour que les élèves puissent travailler de façon "autonome", qu'aucun ne reste inactif, les incertitudes concernant le matériel mais nous avons distingué les incertitudes concernant le comportement des élèves pendant l'activité. Nous avons ajouté l'item "objectifs généraux de l’enseignement" en référence aux "objectifs non disciplinaires" listés par l'Inspection Générale de Physique-Chimie (IGEN, 1996).
2.3 Analyse de la construction de travaux pratiques
Nous donnons ici les résultats concernant l'étude des séances relatives à "la chute libre" organisée par les enseignants P2 et P4 (Ayçaguer-Richoux, 2000).
Bilan de la planification
Dans les diagrammes ci-dessous, nous avons porté en ordonnée la fréquence des références évoqués par les enseignants, en regroupant pour des raisons de lisibilité, les items selon les axes principaux de
planification : planification globale (Pl.gl), planification de l'organisation (Org), des activités des élèves
(Act.él), de la production (Prod) et enfin des activités de l'enseignant (Act.ens).
TP-chute libre-Enseignant P2 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
Pl.gl Org Act.él Prod Act.ens
Planification
fréquence
nombre total d'unités codées N = 95
TP-chute libre-Enseignant P4 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
Pl.gl Org Act.él Prod Act.ens
Planification
fréquence
nombre total d'unités codées N = 64
Figure 3 : Diagrammes des fréquences (en pourcentage) des catégories principales .
Ces diagrammes montrent que, si tous les aspects de planification sont couverts, c'est la planification des activités des élèves qui est toujours la plus importante (planification transmise par les fiches de TP) : ce résultat commun à toutes les séances étudiées montre que les deux enseignants ont effectivement des réponses à donner, des précisions à développer pour ce qui apparaît comme leur préoccupation principale.
Bilan des raisons/justifications/argumentations
Nous présentons dans les diagrammes ci-dessous la fréquence des arguments que donnent les enseignants selon les axes principaux des "raisons" (fig.2) : raisons d'entreprise (Entr), d'enseignement de physique (Ens-Ph), prise en compte de l'apprentissage (Appr), choix, incertitudes sur le comportement des élèves (Gest-el) que nous avons distinguées de la gestion du groupe (Gestion) et objectifs généraux de l'enseignement (Obj).
TP-chute libre-Enseignant P2 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
Entr Ens-Ph Appr Choix Gestion Gest-el Obj
Raisons
fréquence
nombre total d'unités codées : 87
TP Chute libre- Enseignant P4
0% 5% 10% 15% 20% 25% 30%
Entr Ens-Ph Appr Choix Gestion Gest-el Obj
Raisons
fréquence
nombre total d'unités codées :76
Figure 4 : Diagrammes des répartitions des types de "raison" invoquées par les enseignants
L'étude des raisons fait apparaître que, pour les enseignants, prendre en compte les programmes, le matériel, le temps représente une contrainte importante lors de l'élaboration de la séance.
L'analyse détaillée des raisons concernant l'enseignement de la physique montre que les apprentissages visés concernent exclusivement les connaissances de physique et les savoir-faire et non les démarches.
Nous relevons par ailleurs que les choix pour l'enseignement sont clairement affirmés : construction d'un référent, activité pour mettre en relation monde des objets et des théories, pour apprendre, pour convaincre etc.
Si nous nous interrogeons plus particulièrement sur la "vigilance pédagogique" des enseignants, nous remarquons que les items concernant la prise en compte des difficultés des élèves à la fois "pour l'apprentissage" et pour leur comportement pendant la séance apparaissent avec des fréquences parmi les plus importantes. Nous reconnaissons dans ce résultat un aspect de l'expertise professionnelle des enseignants à la fois pour les connaissances qu'ils ont acquises sur les élèves et pour leur compétence à intégrer celles-ci dans le processus de construction de la séance (tout en gérant un ensemble de contraintes).
3. CONCLUSION : UN MILIEU CLAIREMENT DIDACTIQUE
Pour l'échantillon des six séances de travaux pratiques analysées, c'est l'acquisition de savoirs et savoir-faire qui est visée et les activités des élèves sont planifiées (voire fortement planifiées) par l'enseignant qui a pensé à toutes les difficultés potentielles et les a prévenues. La référence aux questions et contraintes d'enseignement et d'apprentissage est donc clairement explicitée et, contrairement à notre attente initiale, le milieu construit est en réalité strictement didactique.
Pour ce qui concerne l'utilisation d'instruments de mesure, de méthodes de traitements de données, etc., on voit que les activités des élèves montrent alors logiquement un écart très important avec les pratiques scientifiques. On constate ainsi que ce qui est qualifié "d'expérimental" peut se réduire à l'utilisation des instruments et l'importance des données quantitatives peut se limiter à l'obtention de valeurs numériques.
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