EDUCATION A L'ENVIRONNEMENT:
UTILISATION DES REPRESENTATIONS DES
ELEVES DES ECOLES ITALIENNES
POUR LA PREPARATION
D'UN CURRICULUM SUR L'ECOLOGIE.
Raul GAGLIARDI LDES, Université de Genève Paola MOSCONI BERNARDINI
Universidad de Pavia Equipe de didactique des sciences de l'IRRSAE-Lombardie
MOTS CLES : Ecologie, Education à l'environnement, Représentation, Réseau conceptuel.
RESUME : L'analyse des représentations des élèves des écoles moyennes et supérieure de la région de Lombardie a permis de déterminer les principaux obstacles épistémologiques et propose un réseau conceptuel que peutêtre la base pour la préparation d'un curriculum pour l'éducationàl'environnement.
ABSTRACT : The analyse of the pupils' misconceptions is used to find the main epistemological obstacles in leaming. Conceptual network for a curriculum on environmental education is proposed.
The study was carried on students of secundary scools in Lombardia (ltaly)
1.1 INTRODUCTION
L'éducationàl'environnement s'est développée ces dernières années selon différentes lignes de travail. Traiter les problèmes les plus graves de l'environnement, discuter les rapports entre territoire, culture et histoire, montrer les rapports entre les écosystèmes et les activités humaines, indiquer la dépendance de l'homme à la nature, pour ne citer que quelques unes des options choisies, ont été la base de longues discussions dans lesquelles ont participé des enseignants, des scientifiques, des historiens, des géographes, des architectes, des urbanistes....
La complexité <lu problème est évidente à partir de la dénomination "écologie humaine", pour une discipline encore mal définie, malgré l'existence des centres de recherche et d'enseignement et des publications espécialisés.
L'éducation à l'environnement devrait être enseignée, à notre avis, comme une discipline scientifique fondée sur l'écologie et correlée avec d'autres disciplines telles que la géographie, l'histoire et l'économie.
Les concepts fondamentaux u'ansmis dans l'enseignement de l'écologie pourront être la base des réseaux conceptuels utilisables pour l'apprentissage des autres disciplines, en particulier par rapportàla compréhension des systèmes complexes tels que les systèmes socio-économiques.
A partir de cette conception nous pouvons commencer à traiter l'éducation à l'environnement à partir des problèmes spécifiques àl'apprentissage de l'écologie. Cette pérspective nous permettra de faire des recherches concrètes qui pourront être appliquées d'abord à l'enseignement de l'écologie, pour être utilisées après pour l'apprentissage des autres disciplines.
En appliquant la méthodologie utilisée par la pédagogie des sciences, nous avons deux problèmes fondamentauxàrésoudre: trouver les obstaclesàl'apprentissage de l'écologie, et définir en fonction d'eux les concepts structurants et les stratégies pédagogiques qui peuvent aiderà les surmonter.
Pour trouver les obstacles à l'apprentissage nous utilisons l'analyse de représentations réalisées sur un échantillon suffisamment significatif. Pour définir les concepts structurants nous partons de l'analyse de la biologie et de l'écologie actuelles, ainsi que de l'expérience professionnelle des enseignants, des scientifiques, des épistémologues et des pédagogues.
Un travail de ce type seulement peut se faire en équipe multidisciplinaire, qui doit faire des recherches théoriques et des recherches au niveau de l'école. Un équipe ainsi formée peut obtenir les renseignements nécessairesàpartir des situations de classe, les analyser, définir quels sont les problèmes théoriques et pratiques les plus importants, les résoudre, et faire des propositions concrètes qui peuvent être évaluées postérieurement en classe, et recommencer un nouveau cycle d'analyse et
résolution des problèmes concrets. Il nous semble très important la liaison permanente entre la théorie pédagogique et la pratique de la classe, seule façon de pouvoir appliquer les résultats obtenus. Cette liason implique une participation nouvelle des enseignants, à la fois chercheurs et "applicateurs" des résultats. Au même temps la discussion théorique sur l'enseignement est une très bonne opportunité pour compléter la formation des enseignants dans les aspects pédagogiques et scientifiques.
A partir d'un cours sur la didactique des sciences réalisé en 1986, nous avons constitué à l'IRRSAE-Lombardia (Istituto Regionale di Ricerca, Sperimentazione e Aggiornamento Educativi) une équipe formée par treinte enseignants des écoles moyennes et supérieures de la Région de Lombardie, avec la participation des scientifiques et des pédagoques, qui se sont donné pour tâche l'élaboration des propositions pour un curriculum sur l'éducationàl'environnement.
Etant donné l'ampleur de la tâche, l'equipe a décidé commencer par l'analyse des difficultés d'acquisition d'un concept fondamental pour la compréhension des écosystèmes, le transfert et la transfonnation de la matière et de l'énergie.
1.2 METHODOLOGIE
Le système adopté a été l'élaboration d'un questionnaire auquel a répondu un grand nombre d'élèves. Les réponses ont été analysées pour détenniner les représentations et les obstacles épistémologiques plus fréquentes. A partir de ces résultats ont été proposés des concepts structurant, qui pourront être la base d'un curriculum pour l'éducationàl'environnement.
Cette méthodologie a été choisie en fonction des difficultés concrètes (grand nombre d'enseignants, grand nombre d'élèves, nécessité de comparaison entre les différentes réponses). Pour ces raisons nous avons décidé la réalisation d'un seul questionnaire composé de quelques questions,àrépondre en classe par l'ensemble d'élèves. Le questionnaire avait pour objectif de définir les représentations des élèves sur les processus de transference et transformation de matière et d'énergie. Les questions ont été choisies en fonction de l'expérience personnelle des enseignants ainsi qu'en fonction des règles méthodologiques générales de la pédagogie des sciences.
L'équipe a d'abord défini un questionnaire qui a été testé auprès des 100 élèves de dix cours d'écoles et d'âges différents, pour vérifier si les questions étaient bien comprises et si les réponses étaient utiles pour définir les représentations et les obstacles épistémologiques. En fonction des résultats, le questionnaire a été refait et testé auprès de 699 élèves âgés de 15/16 ans; 269 de ces élèves, des Lycées classiques, avaient eu un cours de sciences préalable, 267 des élèves, des Lycées
scientifiques n'avaient pas eu de cours de sciences préalables, et 163 étaient des élèves des lycées expérimentaux et scientifiques et avaient eu des cours de sciences préalables.
1.2.1 QUESTIONNAIRE
1.- Un enfant pèse à la naissance, 3,270 grammes. Après une année,ilpèse presque Il Kg. Quelle est la cause de la différence?
L'aliment utilisé. a été le lait, avec un peu de viande et de farine après six mois. Qu'est-ce qui est arrivé? Quel est le processus par lequel le lait et la farine forment les muscles, le sang et les os?
2.- Hier tu n'avais pas envie de manger, et tu as donné la moitié de ton steackàton chat. Explique comment est-il posible que à l'intérieur du chat la viande devient chat et en toi devient toi ?
3.- Pour analyser le fonctionnement des êtres vivants on utilise des atomes marqués (c'est-à-dire qui peuvent être suivis dans leur parcours). Imagine de suivre le parcours dans la nature:
a.- En partant d'un atome de carbone contenu dans l'anhidride carbonique de l'air d'une culture vivrière.
b. En partant d'un atome de carbone marqué contenu dans la feuille d'une plante. 4.- Ton corps est formé par 70 % d'eau: décrit et dessine le parcours de l'eau pour entrer dans ton corps et le parcours pour en sortir.
5.- Que peut-il arriver dans un environnement dans lequel ont disparu tous les herbivores?
Chacun des enseignants participants a testé le questionnaire avec ses propres élèves. De cette façon ils ont la possibilité d'évaluer leurs propres cours et de vérifier postérieurement le résultat des modifications proposés. En même temps il nous sera possible de faire des comparaisons entre les élèves de différentes écoles et de différentes régions de la Lombardie, et de faire des propositions curriculaires et stratégiques concrètes. Cette organisation de la recherche nous semble très efficace parce qu'elle permet au même temps de repondre aux problèmes concrets des enseignants et de faire des propositions plus générales pour l'ensemble des cours. Nous présenterons les premiers résultats globaux ainsi que les propositions générales pour un curriculum sur l'éducation.
1.3 REPRESENTAllüNS DES ELEVES
Nous ne ferons pas ici l'analyse détaillée des représentations des élèves. mais nous voulons signaler certaines des représentations qui sont fréquentes et qui nous semblent particulièrement intéressantes.
Nous voulons signaler, par exemple, des réponses à la question 3 (Pourquoi la viande devient chat quand elle est mangée par le chat et homme quand elle est mangée par l'homme?).Beaucoup d'élèves expliquent que l'appareil digestif du chat est différent de celui de l'homme et qu'il prendre les substances nécessaires au chat. pendant que celui de l'homme prend les substances nécessairesàlui même. Ce type de réponses nous indique l'absence de notions claires sur les molécules et sur leurs transformations dans l'organisme. Ces réponses indiquent aussi l'absence des notions sur l'unité fondamentale des processus métaboliques, commune à tous les être vivants ainsi que la carence de notions précises sur les processus d'auto-construction.
Les réponses à la question 5 (Parcours de l'eau dans l'organisme) indiquent l'absence de notions précises sur la physiologie, avec, par exemple, une fréquence élevée de parcours du type:
"BOUCHE - ESTOMAC - REINS - URINE"
Ainsi que des réponses du type:
"LES REINS SEPARENT L'EAU MAUVAISE DE L'EAU BONNE."
Ces réponses nous indiquent l'absence de notions précises sur le système circulatoire (que très peu d'élèves indiquent dans leurs réponses), ainsi que sur la structure fondamentale de la matière. Les élèves ne parlent pas de molécules d'eau ni de molécules en solution dans l'eau, ni du transport par le sang, du passage au niveau cellulaire, ete. L'organisme et ses fonctions sont aperçus comme un système macroscopique, sans visualiser les sous-systèmes microscopiques ni la composition moléculaire.
Dans d'autres réponses l'absence de notions fondamentales est évidente, telles que la transformation chimique. le passage d'énergie et de matière entre les niveaux trophiques d'un écosystème, les interactions qui déterminent les processus d'équilibration, ete.
En autres mots, la grande majorité des étudiants qui ont répondu n'ont pas des notions fondamentales pour la compréhension des systèmes écologiques ni pour les systèmes physiologiques.
1.5 PRINCIPAUX OBSTACLES EPISTEMOLOGIQUES
L'analyse des réponses des élèves a permisde détenniner l'existence d'obstaclesàla construction de nouvelles connaissances sur l'environnement (obstacles épistémologiques). Les obstacles les plus fréquents sont:
. L'incapacité de faire des rapports entre le fonctionnement de l'organisme et sa structure cellulaire.
- La difficultédese représenter ce qui n'est pas visible (incapacité d'établir le rapport entre les propriétés macroscopiques et le support moléculaire ou microscopique). - La notion de transformation est abstraite.
La difficulté à cÇ)mprendre (et même àintuire) les réseaux des rapports entre les organismes et l'erivironnement.
- La structure "linéaire" des réponses, avec des corrélations causales simples. Il n'y a pas de réponses structurées en réseaux, malgré le fait que certaines des questions "doivent" se répondre de cette façon. Dans certaines réponses cette simplification est liée à une conception "catastrophiste" (invasion de la planète par les plantes, ete.).
- La centration sur l'homme, même dans les questions qui parlent de l'environnement. en général. Cette "anthropomorphisme" est un obstacle à la décentration nécessaire pour comprendre les phénomènes naturels.
1.6 PROPOSITIONS
En fonction de ces résultats il nous semble important de signaler la nécessité de renforcer les connaissances sur la structure de la matière, en particulier les notions d'atome "et de molécule. Même àleur niveau le plus simple ces connaissances sont fondamentales pour permettre de construire un réseau conceptuel solide pour l'écologie et les réponses démontrent l'incapacité des élèves à utiliser ces connaissances (en supposant qu'ils les ont).
Une fois que les élèves ont acquis ces connaissances il sera nécessaire d'introduire des notions sur les transformations chimiques et l'énergie associée, seule manière de permettre la compréhension des phénomènes physiologiques et écologiques.Parallèlement il sera nécessaire d'introduire en classe la discussion sur l'émergence des nouvelles propriétés àpartir de l'interaction entre les éléments d'un système, pour aider à transformer les représentations anthropocentriques et magiques sur l'environnement. Après cette discussion les élèves pourront traiter les systèmes
àcausalité circulaire, systèmesàrétroaction, ete.
Les concepts fondamentaux à introduire sont: système autopoïétique, système hiérarchique, structure cellulaire, structure de la matière, transférence et transformation d'énergie, transférence et transformation de la matière, interacticn, population. Ces concepts sont intégrés à un réseau conceptuel qui peut servir à structurer les cours de biologie (et en particulier les cours sur l'environnement), qui nous présentons dans la page suivante. Ce réseau doit être considéré comme un