ARTheque - STEF - ENS Cachan | Différences entre « modèles spontanés », modèles enseignés et modèles scientifiques : quelques implications didactiques

DIFFERENCES ENTRE "MODELES

SPONTANES", MODELES ENSEIGNES ET

MODELES SCIENTIFIQUES: QUELQUES

IMPLICATIONS DIDACTIQUES.

D. GIL-PEREZ

Département de Dldactlca de les Clencies

y

de les

Matematlques.2

ICE Unlversltat Autonoma de Barcelona

~Qi§_~l~f§:

METHODOLOGIE SCIENTIFIQUE. CONCEPTIONS SPONTANEES

Dans ce travall on passe en revue les caractéristiques essentielles des conceptions spontanées, de la modelisation scientifique et des modèles enseignés, en montrant leur différences. On tire, en particulier, quelques implications pour un apprentissage significatif

INTRODUCTION

Le r i l e de la modélisation comme un élément essentiel du travail scientIfique a été très souvent signalé (Bunge 1972). Néanmoins, son utillsatiun dans }l'enseignement scientifique est très restreinte (Martinand 1986) et souvent les livres de texte donnent une vision

erronee de ce qlJe~est un modèle.

Dans ce travai1 nous nous ref ér erons, en premi er 1ieu, â quel ques caractéristiques fondamentales de la modèlisation scientifiques et qui ne correspondent pas à l'idée de modèle usuellement donnée dans l'enseignement des sCiences. Nous mettrons également en cause l'idée de "modèl isation spontanée" des enfants et, en dernier lieu nous ferons quelques propositions pour une introduction plus correcte de la modélisation dans l'enseignement des sciences physiques.

I.LE RÔLE DE LA MODÉLISATION DANS LE TRAVAIL SCIENTIFIQUE

Nous alons commencer par rappeler quelques caractéristiques bien connues du travail scientifique qui sont en relation avec la construction de modèles. Cette modélisation est présente déjà dans le

slmpl~ fait de poser un problème. En effet, une différence essentielle

entre la démarche scientifique et la pensée spontanée est la volonté explicite de simplification de la première, c'est-A-dire la déCision d'aborder des problèmes résolubles pour obtenir ainsi des apr-o~:imations dlJX situations réelles. On commence dorlc par ignorer volontairement beaucoup des t r a i t s de la situation étudiée, ce qui éVHlemment nous élOigne de la réalité et suppose déjà la construction d'un modèle conceptuel. Mais la nature de modélisation du travail

scientlfiqu~ne se limite pas A ces simplifications: elle apparait

surtout dans ce qu'on considère -après aval'- mis en évidence les erreurs de 1 'inductivisn.e- l'essence de la métr.odologie scientifique: l'invention des hipothèses (Hempel 1966). C'es dans ces constructions Imaginaires que la modèlisation a son r i l e fondamental dans le travail scientifIque (Bunge 1972).

Parler de simplifications et d'inventions peut faire penser A des artifIces, A un eloignement de la réalité; et c'est ainsi sanS doute: un modèle ne peut pas être contemplé comme la réalité. Mais il faut néanmOins ajouter la volonté réaliste associée aux modèles scientifIques: on construit des modêles pour s'approcher de la réalité. Et c'est sans doute la meilleure façon de le faire: Quand, par exemple, GalIlée, en étudiant la chute des corps, décide de considér-er c()mme negligable la friction de l~air, il commence A rendre possible la compréhension de cette chute. bien que les résultats obtenus ne soient que des appro>:imations. A ce sujet le débat qui eu l,eu au XIX SIècle entre les "énergetistes" -qui rejetaient toute idée "métaphYSique" et voulaient se limiter a la considération des données emplriques- et les "atomistes" qui travaillaient à des hypothêses si élOignées des observations telles que l'existence des atomes (Odon 1986) est très l l u s t r a t i f . Toute l'histoire des sciences montre que la cCJmprêhen~ionde 1<3 r é a l i t é ne s~(Jbtien qu'en risquant et déoveloppant des hypothèses, en lInaginant des modèles qui aident a préVOir des

rejeter un modèle, tout en construisant un autre, non seulement n"est pas une limitation de la modflisation malS, bien au contra.ire,

constitue llne garantie des possibilités d~autocorrection d~une

dém .. rche fondée sur 1 .. contnlction de modèles et sa contrast .. tion ~

travers des dessins e;:périalentau:< et/ou la considér-ation de sa

cohérence avec des conslructions plus vastes et mIeux établies <théorIes} .

Il est nêct:?-55aire LlJ'illsister sur ces aspects de la démarche scientifique, non seulement parce qu"ils constituent des t r a i t s fondamentau" de cette démarche, mais aussi parce qu"ils contrastent fortement avec la pensée commune et enfantine. Nous nous arr@terons maintenant sur cette question qui a une importance fondamentale dans 1 "apprentissage des sciences.

2.PEUT-ON PARLER DE MODELES SPONTANES DES ENFANTS?

Toute une puissante ligne de recherche qui s"est developpée récemment a conduit ~ montrer 1 "existence chez les élèves des préconceptions qui, si elles son bien loin de s"articuler avec la rigueur des constructions scientifiques montrent -tout au moins dans quelques dom .. ines- une certaine cohérence (Clough et Driver 1986). Nous devons néanmoins rejeter une idée qui commence a s"étendre -et qui apparait même d ..ns la p ... esentation de ces IX·~-· Journées de Chamonix- selon laquelle on pourrait p ... ler de modèles spontanés des enfants. Il est ce ... tainement prouvé ~Ie les enfant construisent -dans les domaines de leurs expériences plus proches et réiterées, comme c"est le cas du mOllvement mécanique- des idées avec lesquelles i l s font des prédictions et interprètent la réalité, mais elles n"ont pas la nature d"un modèle. Ceci doit @tre mis en évidence parce que, comme nous essayerons de montrer, cela a d"importantes implications éducatives. En effet, il est facile de constater que la pensée enfantIne -et, en géné ... al, 1 .. pensée commune- est caractérisée par une approche globale des situations sans simplifications ni ~nalyses. Plus encore, cette pensée e!:>t t.r- ès 1ai n de l ' idée de construct Ion IItentati ve" essentlelle dans Lin modêle. Bien au contraire, on "est suri' de ce qUl semble évident, de ce qui est "de sens commun" (Carrascosa et Gil

1985). Nous avons désigné cette démarche comme "méthodologie du superficiel" en eS5:iyant de montrer jusqu"â quel point e l l e caracté ... ise et la pensée infantine et la physique pré-galiléenne. Il faut ici rappeler que, historiquement, le déplacement de cette physique du sens commun par la mécanique classique est .. ssociée à un profond changement méthodologique qui, en essence, supose le pass ..ge d:'une pensée fondée sur les évidences du sens commun a des "constructions tentatives", c~est-~-dire, a des modélisations conçues comme des approximations à la réalité qui exigent, en même temps, un développemc,lIt de 1d pensée di vergente -1' i nventi on d' .. ut ... es possibllitées .. u delà de ce qui semble évident- et le contr61e r"i gm ... eux des hypoth èses avanc: ées (Gi 1 et Carrascosa 1985).

I l faut insister su ... ces différences -qui ont été soulignées aussi par lta5h..,eh (1986)- parce que la const ... uction des connaIssances scientIfIques par les éléves ne se... ait pas possible sans ce changement méthodulogique. Parler de modèles spontanés des élèves constitue donc

une contradiction: les conceptions des enfants n'ont pas les caractéristIques essentielles des modèles. Nous passerons maintenant à la considération de la façon dont l'enseignement des sciences aborde ces questions.

3.LA MODÉLISATION DANS L'ENSEIGNEMENT DES SCIENCES

Il n'est pas dIffICile de donner une vision globale de Ci! que

l~enseiyl1emel~tdes scienCES tcul, en généra], pour familiariser les

étudiants avec l'élaboration de modeles. Toutes les analyses réalisées jusqu'à présent ont montré que les élèves n'ont presque pas l'occasion d'entreprendre des activltées créatives comme la modélisation (Vager et Penick 1983). Malgré toutes les critiques adressées à JJenseignement l'traditionnel'·, on continue

A

orienter l~apprentissage comme une simple assi,nllation de connaissances déjà élaborées, en montrant que la rénovation de l'enseignement/apprentissage des sciences exige un "changement didactique" des professeurs pas du tout faLi le, étant donné le poids de la formation "ambientelle", indirecte, reçu tout au long de leurs études (Carrascosa, Furia et Gil 1985) et l'absence, jusqu'à tou t r- écemment, d'une recherche spéc if i que dans le domaine de la didactique des sciences (Tiberghien 1985).

Mais non seulement les éleves ne reçoivent aucun entrainement à l'élaboration de modèles -ni à n'importe quelle autre activité créative- mals très sauvant on transmet une vision profondément erronée de ce que' est un modele, en le présentant comme un simple outil et en niant .,::plicitement sa nature d'approximation à la réalité. ~l contribue ainsi à donner une vision purement opérative de ce que7_{est le travail scientifique}

J ce qui, à son tOIJr-, empêche tout contact -conflictuel ou non- entre les conceptions des élèves et les

constrllctiüns scientifiqlles, faCilitant la persistance des

préconceptJnns E:'t de la mêthndologie du sens commun. On ne peut pas

s~ét(IJlf"le'- des t~êSllltats d'un enseignen\ent ainsi orie-nté.

4.QUELQUES IMPLICATIONS DE LA RECHERCHE EN DIDACTIQUE DES SCIENCES

tEeS ree/,er ches di dact i 'lues rlével Clppées ces dernl ères années permettent

de par-1er- dt? l:-émergence d ' l l l l nouveau paradiyme

d'~I)sejQn~mEnt/aprentissage des sciences qui conçoit ]'aprentissage L~~)lTimt=' line CDn~tt'l:IC1ion de l:onnaissances dans une optique de changement

conc.eptuel et méthor1ologique (Gd 1986). r:eci implique, en premier 1 ieu -co,,,me il a .,té shinal é p a r Driver- et Olrlham (1986)- de

contemplEr le clll-riclllllfn, non pas comme l'ensemble des connaissences et du saVCHt -fj1Îre â acquérir par les élèves, mais comme le p .... ogramme

(j'activités à trdvers lesquelles i l s puissent construire ces

COIHldi S5dllCtlS el dl:quérir le savoir-faire.. Dans une optique

constt-uctlvi~te ceci s'impose de toute évidence et nous m@mes

tr-availlons d",~,uis ljllelques années déjà dans cette perspective de

t..-ansfor-mer le cl.tr-ril~l.lllm en ce que nous avons appelé un programme-guide d'activitées <Gil 1982). Mais, évidemment, ceci ne suppose

dtJClUle solution I lf01rd.c]e": le problèmE de prëparer des activités

susceptIbles. d"llt-ienter c:orrecte(nent le travail des élèves a les

exig""c.,s d'wle ,..--ech.,rcl.el dctiun <Gil 1982; Driver et Oldham 1986) q l l l CDlllHllllllque l n t é r é t et créativité au travail des professeurs ma.is

qu, comporte des ex , gences et des difficultés: Ouelles pourraient ètre, par e>:emple, les activités qui f a c i l i t e n t la familiarisation des élèves avec la modélisation?

Nous n:O avons pas ici 1 "espace suffisant pour repondre à cet te question, n,ais il ne s'aqit pas, en tout cas, comme nous l"avons déjà indiqué, de contempler les tepréselltalJons des élèves comme "fflOdèles spontanés". El Jes constJ tllenl, ble.. aIl c.ontraire, des croyances irlldéralleS tOlld~es sur des êvi deuces de sens commun. En di sant cel a nous ne voulolts pas nier la valeur de ces conlr"lIctions, fruit d'expériences ,-éitérées. Elles sont l'équivalant, en quelque sorte, d'une physique du sens commun qllJ resta en vigueur pendant plus de vJngt sJècles et e l l e s supposent un progrès indéniable sur des conceptIons magiques DU le simple manque d'interprétation. Ces constructions doivent donc ~tre mises en val~ur et, plus encore, facilitées pendant toute une pr-émière élape scolaire durant laquelle il ne s ' a g i t pas d'apprendre science (Gil 1986). Mais la construction des connaissances scientifiques e::ige, repetons-le, un profond changement méthodologique (6il et Carrascosa 1985; Hasheweh 1986) dans lequel, l ' i d é e de modèle comme

tentative d'apro~:imdtionà la réalité doit jouer un r~le important.

Notre t-epoflse a la question de comment fa.ciliter l~entrainemE'ntdes

élèves à l a modélisation se trouve dans les travau>: que nous avons Enlrepr i s pour t ,-ansforoner 1 es travau>: prat i ques et la résol uti on des problèmes En activités de recherche, auxquels nous nous remettons (Gil et Martinez- TurTegrosa 1983 et 1986). On peut voir là comment la .. ésolution de problèmes peut ~tre effectivement, l'occasion de pratique.. la modélisation, en introduisant les nécéssaires slmplJficat,ons dans l'étude des situations trop complexes el en imaginant des conte"tes physiques q u a l , t a t i f s qui conduisent a des hypothèses précises, etc.

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