ATTAQUER UN OBSTACLE PAR SES DIFFÉRENTES FACES
À
L'ÉCOLE PRIMAIRE :
"L'AIR N'EST PAS DE LA MATIÈRE"
Élisabeth PLÉ
LU.F.M. de Reims - LN.R.P., Paris
MOTS-CLÉS: ÉCOLE PRIMAIRE - CONFLIT COGNITIF - OBSTACLE-OBJECTIF-OBSTACLE
RÉSUMÉ : Si l'obstacle repéré chez les élèves représente effectivement un obstacle, il est par définition résistant et c'est probablement illusoire de croire qu'il sera franchiàpartir d'une situation d'apprentissage cruciale bien choisie.Lastratégie adaptée ici, consiste à placer successivement l'élève dans diverses situations pour consolider la construction cognitive visée, tout en fissurantà chaque fois l'obstacle par conflits-cognitifs.
SUMMARY :Ifthe obstacle detected on the pupils'mind is really an obstacle, it is by definition resistant anditis probably an illusion to believe thatitwillbe c1eared by an appropriate key leaming situation. The strategy adopted here consists in placing the pupils in successive and different situations on order to reinforce the cognitive construction aimed at, as weil as crack each time the obstacle by cognitive conflicts.
1. OBJECTIF-OBSTACLE ET SITUATION D'APPRENTISSAGE
Ce travail a été réalisé dans une classe de CM2 (élèves de Il - 12 ans) et s'insère dans une recherche l.N.R.P. qui se propose d'élaborer des situations d'apprentissage organisées autour du traitement d'obstacles épistémologiquesàla construction de la connaissance scientifique et ayant pour thème le concept de transformation de la matière.Lemode d'activité didactique choisi est de piloter les séquences par le concept didactique d'objectif-obstacle. Ce concept, introduit par J.-L. Martinand (1982), est souvent cité dans la littérature didactique mais peu de recherches ont été menées pour mesurer sa fécondité pratique dans la construction de situations d'apprentissage.
L'obstacle choisi ici est "l'air n'est pas de la matière". Cet obstacle est véritablement résistant car, à la différence de ce que l'on pourrait appeler "une difficulté", il est fermement implanté dans l'esprit des élèvesàcause du réseau d'idées qui lui sont associées: la matière est visible, lourde, elle oppose une certaine résistance... C'est aussi un obstacle car son non franchissement empêche de comprendre les synthèses chlorophylliennes, la pression atmosphérique ou encore, si on généraliseàla notion de gaz les changements d'états (Astolfi, Perterfalvi, 1993).
La stratégie adoptée ici, consiste à placer successivement l'élève dans diverses situations (le verre vide,letubeàpatates, la bouteille d'air de la cour, le ballon plein d'air, les moulinets). L'élève appréhende chacune d'elles avec ses représentations, le dispositif didactique mis en place contribuant àla fois à la fissuration de l'obstacle par déstabilisation et à une reconstruction cognitive.
2. CARACTÉRISTIQUES DU DISPOSITIF DIDACTIQUE ADOPTÉ
- Multiplier les angles d'attaque de l'obstacle: l'élève est confronté touràtouràdes situations qui n'ont pour lui, en apparence, pas de relation.
- Construire successivement les attributs du concept de matière dans le cas de l'air par comparaison avec les solides et les liquides qui sont reconnus implicitement par les élèves comme étant de la matière.
- Les acquisitions sont systématisées de façon provisoireàchaque séquence. La construction nouvelle est remiseàl'épreuve sur des problèmes nouveaux.
- Ces situations fonctionnent sur une logique de conflit cognitif en utilisant la contradiction entre : - ce qu'ils pensentàpriori / aux phénomènes qui se produisent effectivement, - idées différentes des élèves.
Une vigilance particulière est mise en œuvre pour éviter l'évitement du conflit. - Différents modes d'activité fonctionnent en alternance:
- Prévision des résultats d'expériences par les élèves avant expérience. - Conception d'expériences par les élèves.
- Réalisation d'expériences conçues par les élèves ou imposées par le maître. - Résolution des problèmes.
- Dispositif souple-dur:
L'enseignant poursuit son projet de construction conceptuelle centrée sur l'objectif-obstacle, tout en pennettant un investissement des élèves. Il met en place une stratégie de dévolution du problème aux élèves en leur offrant la possibilité de s'impliquer dans les idées débattues, de faire fonctionner en action leurs propres représentations, mais en altemantles expériences proposées par l'enseignant avec celles que le maître propose d'inventer.
3. FISSURER ET FRANCHIR L'OBSTACLE PAR DÉCONSTRUCTION ET
RECONSTRUCTION
Nous distinguerons deux niveaux de manifestation de l'obstacle: - Niveau 1 : Conscience de l'existence de l'air.
- Niveau 2 : L'idée de nature matérielle de l'air.
3.1 Le verre vide
La première activité consisteà enfoncer un verre, au fond duquel on a collé un sucre, dans un bac d'eau transparent, tout en le maintenant bien verticalement, l'ouverture vers le bas. Cette expérience sera réalisée par l'enseignant, mais on demande aux élèves d'anticiper et de prévoir individuellement sur une feuille ce qui va, selon eux, se passer. Seul 4/23 prévoient que l'eau ne montera pas. On réalise l'expérience, mais le faitàpriori surprenant sur lequel l'enseignant espérait s'appuyer pour créer le conflit cognitif - l'eau ne monte effectivement pas dans le verre - est nié. Certains affirment voir monter l'eau, d'autres contestent l'argument de la non dissolution du sucre pour prouver que l'eau ne monte pas ("peut-être que l'eau monteàras du sucre, sans le mouiller"). Manifestement la contradiction apportée par l'enseignant par l'intermédiaire de l'expérience n'est pas perçue comme telle: les élèves fuient le conflit cognitif, ils tiennent tropàleur représentation de départ et préfèrent mettre en doute le fait observé. L'enseignant les met alors au défi de trouver eux mêmes une expérience pour prouver que l'eau ne monte pas. Cette phase joue sur le mode de la dévolution du problème, le problème qui était celui du maître va devenir l'affaire des élèves, ils vont le prendre en charge. Hélas pour eux toutes les expériences qu'ils proposent vont à ['encontre de leur prévision.
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Àla demande individuelle d'explication par écrit, "pourquoi l'eau ne rentre-t-elle pas dans le verre ?" pratiquement tous les élèves expliqueront que "l'eau ne monte pas parce qu'ilya de l'air". Mais quelle est la consistance de cette nouvelle représentation? ...
Activités pédagogiques Projet didactique de travail Où en est l'obstacle? sur l'obstacle
- Anticipation sur le résultat de - Engendrer un conflit Non conscience de l'existence l'expérience (individuel). cognitif. de l'air dans la situation - Confrontation avec le fait - Activer le conflit par présentée.
observé. explication du deuxième
- Vérification par les élèves du terme de la contradiction. Fissuration de l'obstacle fait observé (en groupe). - Nouvelle représentation: (niveau1)et nouvelle - Recherche d'une explication l'air empêche l'eau de construction.
individuelle. monter dans le verre.
3.2 Faire monter l'eau
Pour faire fonctionner la nouvelle représentation, l'enseignant demande aux élèves de proposer des moyens pour faire entrer l'eau dans le gobelet (le gobelet étant toujours maintenu verticalement dans l'eau, ouverture vers le bas). Cette recherche se fait par groupe. Les résultats sont communiquésàla classe au moyen de posters. Un groupe propose de faire un trou sur une partie du verre non immergé. Cette proposition déclenche une vive réaction et réactive le précédent conflit: "Ça ne marchera pas, l'eau ne pourra pas entrer". Ils sont tous prêts à faire des trous pour faire entrer l'eau... mais pas pour faire sortir l'air qui n'a pas encore pour eux la capacitéàs'opposeràl'entrée de l'eau malgré leurs précédentes explications. Après débat, c'est l'expérience qui départagera les enfants. Ils se pencheront sur le gobelet pour sentir l'air sortir avec leur joue. On stabilise ainsi le nouveau paradigme, l'air existe et peut résisteràquelque chose reconnue comme de la matière, l'eau.
Activités pédagogiques Projet didactique de travail Où en est l'obstacle? sur l'obstacle
- Conception d'expériences Réactiver le conflit socio- Réapparition des
pour faire monter l'eau (par cognitif autour des avis représentations de départ pour
écrit). divergents. beaucoup.
- Confrontation des
propositions. Renforcement du nouveau
- Vérification expérimentale paradigme 3.3 Tube à patates
On présente aux élèves un tube transparent fermé aux deux extrémités par un bouchon de pomme de terre et on leur demande individuellement de prévoir, par écrit, ce qui va se passer lorsqu'on va appuyer sur l'un des bouchons. Seul 7 / 21 donnent une réponse correcte. La nouvelle représentation transférée dans une situation différente ne fonctionne pas. La réalisation de la manipulation par les
différents groupes réjouit bien sûr les expérimentateurs mais l'enseignant l'utilise comme sujet de réflexion. En effet certains canons ne fonctionnent pas. Les enfants sont invitésàtrouver la panne. Des hypothèses sont émises par certains : "Il y a des trous danslebouchon ou sur le tube et l'air s'échappe". Ces idées sont récusées par une élève qui, signe de tentative d'évitement au conflit, s'étonne que l'air sorte du tube pour aller vers la classe et non l'inverse. Ce cas restera local. Enfin les élèves sont invitésà expliquer par écrit le fonctionnement du "canonàpatates".
Activités pédagogiques Projet didactique de travail Où en estl'obstac1e ? sur l'obstacle
Anticiper le résultat de Confronter les prévisionsà la Fissuration de l'obstacle l'expérience. réalité et attribuer une nouvelle (niveau2).
Expérimenter. Trouver la caractéristique à l'air. Nouvelle construction "l'air cause des pannes. peut pousser de la matière Donner une explication. solide".
3.4 L'air pèse
Le fait que l'air pèse sera un argument massue pour donner à l'airlestatut de matière. Cet argument est déterminant car il arrive, d'une part après plusieurs phases de fissuration de l'obstacle qui ont déstabilisé les enfants, d'autre part,à un moment où les constructions nouvellement élaborées font s'interroger les enfants sur la nature de l'air. Un élève dira "oui mais l'air, c'est quoi ?", et une autre "moi je crois que c'est un gaz solide"...À la question de l'enseignant, "est-ce que l'air pèse ?", seul 2 / 23 répondront affirmativement. La vérification expérimentale ne sera pas contestée, mais créera une grande surprise et des interrogations: "mais alors, on en a lourd sur les épaules... ". Une information complémentaire sera apportée par l'enseignant "ce qui pèse, s'appelle de la matière".
Activités pédagogiques Projet didactique de travail Où en est l'obstacle? sur l'obstacle
- Interrogations sur la nature Utiliser un critère détenninant Franchissement de l'obstacle de l'air. pour attribuer un caractère (niveau 2).
- Question de l'enseignant. matérielàl'air. C'est l'argument choc. - Vérification expérimentale.
3.5 L'air qu'est-ce que c'est?
L'interrogation des enfants sur la nature de l'air a été réactivée par l'activité précédente. Cependant si l'air leur apparaît comme une matière surprenante, ils ne sont pas capables de définir spontanément ses caractéristiques. Un travail de réflexion est entrepris pour faire le point: Que savons-nous sur l'air? Comment le savons-nous ? Cette activité de structuration permet de dépasser le fait expérimental, l'anecdotique, pour aller vers le conceptuel et déterminer les attributs du concept de matière dans le cas de l'air. Pour évaluer les acquisitions, le maître demandera aux enfants de trouver une solution pour aller chercher une bouteille "d'air de la cour". Tous les groupes proposeront des réponses satisfaisantes: remplir la bouteille d'eau et la vider dans la cour... elle se remplira d'air.
Activités pédagogiques Projet didactique de travail Où en est l'obstacle? sur l'obstacle
- Structuration des idées: Détennineràpartir des activités Vérification du franchissement - l'air pèse précédentes, les attributs du de l'obstacle.
- l'air pousse l'eau conceptdematière dans le cas - se comprime, se tasse, de l'air.
- Évaluation: Mettreàl'épreuve le nouveau paradigme
3.6 Moulinets
Les élèves, invités à rechercher toutes les possibilités pour faire tourner un moulinet et à comparer les solutions trouvées, concluront que l'air a des effets communs aveccequi est implicitement reconnu comme étant de la matière: l'eau et les solides, conclusion renforçant la nature naturelle de l'air.
4. QUE SAVONS-NOUS DE L'ÉTAT DE L'OBSTACLE?
Ilest difficile de qualifier une phase de fissuration ou de franchissement parce que les deux niveaux d'obstacles repérés n'ont pas de valeur hiérarchique. Peut-être que l'existence est d'abord conçue comme essentiellement matérielle, même si le concept de matière n'est pas totalement construit. Une même activité peut alors jouer comme phase de franchissement pour un niveau (existence) et fissuration pour un autre (nature matérielle). Ensuite parce que tous les élèves n'en sont pas au même stade. Pour ceux qui prévoient l'expulsion du bouchon de pomme de terre, il n'y a pas de conflit cognitif: cette phase est de consolidation. Pour les autres, c'est une phase de fissuration. Les élèves travaillent ensemble à des phases différentes du franchissement. Par ailleurs, ce franchissement a demandé un tel effort aux enfants que ce qui a été reconstruit prend une sorte de valeur universelle: l'air devient le prototype de la matière. Ainsi est révélé un autre obstacle, présent dans l'esprit des élèves, celui de "l'étanchéité des états delamatière". "L'eau c'est de la matière, car ça vient de l'air" diraune élève en faisant référence à la formation de la buée. Enfin un autre obstacle est conforté, celui du substantialisme qui apparaîtàtravers des propos du type "la lumière, c'est de la matière car comme l'air on ne peut pas la toucher".Ilest rendu saillant, mais la construction conceptuelle élaborée offre la possibilité de l'attaquer. Des perspectives tentantes pour l'amateur de saut d'obstacles...
BIBLIOGRAPHIE
ASTOLFI J.-P., PETERFALVI B., Obstacles et construction de situations didactiques en sciences expérimentales,Aster,1993,16,103-141.
BEDNARZ N., GARNIER C.,Construction des savoirs, Obstacle et conflits,Cirade, 1989. MARTINAND J.-L.,Connaître et transformer la matière,Peter Lang, 1986.