ATELIER 3 LA CONSTRUCTION DES CONCEPTS
Animation M. BENNAROCHE - Université de Marseille G. RUMELHARD - INRP Sciences
J. MARZER - LDES, Université de Genève M.G. SERE - LIREPST
"LA CO:J:3TRUCTION DES COr;CFPTSII ••. immense prograr.Hne ... Construction des concepts dans la science en marche ou ~laborationd'une pens6e scientifique dans l'esprit de
nos élèves?
B5.en qur~ne analyse du pr'emier aspect puisse éclairer ll au tre, l'~tude compl~te
était trop vaste, aussi, les anir~ateurs (repr~sentantle groupe de recherche en didactique de la physique de Marseille) pos~rent1 pour cerrler le sujet, à la trenLaine de participa:,!ts (physiciens, biologistes, rr:athématiciens, psychologue, linguiste ... ) :e probl~me d2[~S sa deuxi~me interprÉLation en soumettant ce texte aux participants :
La Formation des Concepts
Dans les recherches actuelles, plusieurs conce~tionss'affrontent sans malheureu-sement se compléter ou s'harmoniser. Un des objets de l'Atelier devrait être de
~echerchercomment tenter de dépasser cette situation.
Pour mémoire, on rappellera les
3
approches principalesAP?ROCH~ PSYCHOG~NETICUE
Essentiellement inspirÉe des travaux de Piaget et de son Ecole. ~lle vise à
prendre en compte chez un sujet psychologique les ~tapes et voies de l'apparition
ce
ce qui est appelÉ !1inv2riant o~éra.tQire".Un tel processus peut agir
soit par regroupe~entde plllsieurs notions distinctes : concept de masse
d~gagé 3U travers de et malgré les conÎigurations diverses des substances. soit, au contraire, par différenciation d'une notion unique: "l!élan'! qui se différencie en fOI~ce, impulsion, vitesse, énergie, puissance ... Cet Tlinv2riant opÉratoir-:::1! est éviderment dÉpendant et forter:ent liÉ 2. : des actions (effectuées ou intériorjs~es)du sujet et des relations entre ces actions
de3 relations avec d'autr2s c0~cepLs
Le tout d~finit u~e structure, u~ sch~~e cognitif qui impose le contenu effectif du concept consid~r~.
2. ANALYSe: EP=TE~IJLOGIQUE DU SI.VOIR SAVAIIT
Dans ce cadre ou O~ étudie principalement les relations existant entre un concept et un ense,nble de concept "champ conceptuelH (Tel que structures additives, Energie, Ecosystèrr:e1 • • •)
QiV21':;;
'lalys~ la maLtèt'e ~ enseigner, étape indispensable pour mettre à jour '2tég_es envisageables pOLIr l'enseignement d'un concept ou ct1un groupe
3.
?PISF: ~.. CC"H-:PTE D~: L'ACTE D'ENSEIGNEr"JENTIl ne slagit nullement d'une !'op~ration entre pratique et th~ariel'. C'est plut6t la reCGnna·s~ancede l'h~t~rogénéit~entre l'objet enseigné et l'objet du savoir savant
rres~ond~nt (Sx : le potentiel en électricité).
L'acte d'en3e~gnementne peut se séparer d'une transposition didactique du savoir. Le concept formé par (et/ou transmis à) l'élève est donc nécessairement marqué du s~eau de la situation didactique. Le didacticien doit donc s'interroger avant tout
8~r le contenu intermédiaire et en tout cas spécifique de ce concept.
Chac~ne des approches prise sciparément, soul~ve de multiples questions telles que Quels déterminants conduisent tel sujet psychologique à épouser telle représentation plutôt que telle autre.
Relations entre les fonctionnements d'un même concept dans le savoir savant et dans la structure cognitive de l'élève.
Rôle de l'Acte d'enseignement et des situations didactiques qu'il propose en relation avec les 2 questions précédentes.
1. L'APPROCHE PSYCHOGENETIQUE
1.1. Actuellement, les physiciens se réfèrent souvent à un modèle très lIPiagetien" Face ~ la réalité, le sujet distingue et construit des objets mentaux tout d'abord intuitifs qu'on peut appeler l'notions!!. Le mécanisme de l'intuition serait à préciser.
1.2. Jean Paul Codole a commencé une étude de ces 1!notionsl l en parlant de lTcognamell où interviennent la réalité et l'acte de perception.
1.3. Ces notions regroupent en général plusieurs concepts du savoir scientifique constitué (ex: le mot "élan" en mécanique).
1.4. A travers des expériences, des recoupements, ces notions deviennent isolables et l'élève perçoit alors un un système de relations entre elles.
1.5. Ce système de relations prime sur les notions et sert de support ~ d'autres notions. Ace moment, on a un système de concepts.
1.6. La science constituée a procédé historiquement ainsi. Chez Galilée, par exemple, les notions statiques et dynamiques sont d'abord confondues, puis séparées, puis une relation explicite apparait.
1~7. En fait, la notion de 11concept!1 est difficile à cerner car l'histoire des sciences montre qu'un concept régresse souvent au stade de lfnotionll dans une science plus élaborée.
1.8. D'autre part, Einstein a soutenu que le concept arrive bien avant que le nom soit donn~ à celui-ci. Ainsi, le mot l'fonction'' apparait-il bien apr~s Newton ... 1.
9.
Pour obtenir ce "système" de concepts, l' espri t scientifique utilise principalementdeux démarches :
a) par différenciation: par exemple, les enfants qui décrivent un mouvement utilisent la notion d!T'~lan'!. Cette notion, que l'on ne retrouve dans aucune science) fonctionne un moment. Puis, on remarque que les enfants la séparent selon le besoin en force, impulsion, vitesse ... Et cette distinction persiste au niveau universitaire.
b) par regroupement: les enfants perçoivent l'énergie selon ses sources, sa production, son mode de transfert ... puis peu à peu, le concept d'énergie se dégage.
1.10. Ce modèle est cep~~dant à te~~érer car les notes de travail des grands scientifiques ont ~ontré moins de rationalité .... D'autre part, dans l'assistance, certains
partici~ants (psyc~ologues) étaient très sceptiques de fonctionner ainsi ...
1.11. On d{mG;'ltr~ que certains apprentissages se faisaient de façon moins rationnelle on t.~· chez les enfants des "llats '! de connaissances (entit~s isolées) et les relali~n~entre ELIX n'arrivent que beaucoup plus tard.
1.12. Une ~t~ int~ressante de ce sujet est celle faiLe sur la fille de R. Lawler
(~tudi'_'1t d~ Papert) : "the progressive construction of mind " .
1.13. Dans ~~tte 2Gnstruction, on observe différentes repr~sentationsen strates plus ou moins déconnectées. Ces différentes interprétations plus ou moins
~labur~es et scientifiques coexistent.
1.14. Par exemple, les ~tudiants en biologie interrog~ssur le trajet suivant une
bière, entre son ingestion et son expulsion sous forme d'urine, utilisent
des représentations de tuyauterie qui coexistent à côté d'un vocabulaire hypersophisLiqué. Les concepts tr~s élaborés ne sont donc souvent pas mis en oeuvre dans les probl~mesde vie quotidienne.
1.15. Sn physique, la repr~sentationd'un ~lectron en forme de t'bille!' coexiste
à côté de l'élaboration sophistiquée de la représentation ondulatoire de la mécanique quantique.
2. ANALYSE EPISTEMOLOGIQUE DU SAVOIR
2.1. Selon la provenance des participants, le problème se pose de différentes façons. 2.2. Pour une linguiste, le champ conceptuel, la matière enseignée ne sont pas
homogènes. Des savoirs sont souvent juxtaposés et il existe des conflits conceptuels.
2.3. Pour les physiciens, il s'agit ici de la "Science'1, syst~mede pensée constitué porté oar une société qui y adhère. La matière est bien définie. Cependant, au sein d'u~ champ conceptuel, il existe plusieurs modèles mais ils sont en général
hiérarchis~set ils s'emboitent.
2.4. Les savants 01t créé des modèles collant aux faits. Avec l'évolution historique, pour résoudre les contradictions et affiner la théorie, des modèles de plus en plus puissancs ont été élaborés.
z.~. Le seul mod~l. valable pour les scientifiques est le dernier.
2.6. L~• • nciens ~odèles qui s'y emboitent ont donc un champ d'application plus
'es~reint, i!$ apparaissent en technologie et dans les manuels scolaires. 2.7.
en
"-,,caniqu' ~ar exemple, plusieurs théories coexistent: la mécanique'!ewtonienne. ~'insteinienne,quantique, couronnées par la mécanique quantique relativiste, la première théorie pouvant être étudiée par les travaux virtuels,
ar les loi de conservation, par les représentations Lagrangienne ou iamiltonnienne ...
2.8. Tous ces modèles aboutissent à la science moderne, on peut donc les utiliser pour construire les concepts.
2.9. Par contre, certains modèles historiques sont à exclure aristotélicienne.
par exemple la physique
2.10. Il y a eu rupture épistémologique et il faut en tenir compte.
2.11. Il ya une énorme différence de statut entre les modèles pré-galiléens et ceux aboutissant à la science moderne.
2.12. Le passage de la représentation Lagrangienne à l'Hamiltonnienne est très différente du passage de la mécanique newtonienne à la mécanique relativiste. Ce dernier passage pouvant se heurter à un blocage à propos des conceptions classiques de l'espace et du temps.
2.13. Pour les biologistes, la situation est moins simple que pour les physiciens;
il existe une lIguerrell des concepts ...
2.14. Entr" ~2 démarche r~ductioniste(aboutissant ~ la biologie mol~culaire)et la visi'0 hcliste (des ~cosystèmes),entre diff~rentesècoles (empiriste, anglo-saxo re ... ) irr~ductibles, il faut souvent faire un choix.
2.15. Ces C;toix sont souvent op~r~s de façon mesquine: par exemple à cause des courants
domina~ts dans les laboratoires universitaires. Pour am~liorerla situation, il serait nécessaire de mieux définir la finalité de ces champs conceptuels. 2.16. D!auf.re par't, les concepts en biologie sont encore discut~sdans les laboratoires
de recherche (protèine, double h~licede l'ADN) alors qu'ils sont enseignès comme un dogme à l'école.
2.17. D'une façon générale, le savoir est présent~ à l'école de façon dogmatiqu~.
il faut l'admettre, le m~moriseret le ressortir aux examens et cela manque àe nuances et de doute sur sa validit~.
3.
3·1.3.3.
3.4.
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3.6.
3.7.
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3·9.
ACTE D'ENSEIGNEMENTParmi tous les concepts, pour faire nos cours, un choix doit s'opérer. Une fois exclues les théories pr~-scientifiques,il n'y a pas de l'mauvaise!! théorie, mais elles sont plus ou moins bien adaptées au niveau des élèves. Dans les différentes structurations du savoir savant, c'est le rôle du pédagogue de définir le champ conceptuel et la transposition didactique à effectuer, car il y a toujours transposition didactique et le concept sera toujours transformé selon la façon dont il a été introduit d~ns le cours.
La transposition didactique doit être adaptée à l'âge des élèves.
Ainsi, on utilisera des modèles simplifiés, voire simplistes mais qui permettent de résoudre des problèmes limités qui répondent à des demandes sociales (électrons, ADN, énergie ... ). Ceci se fera dans une théorie provisoire mais opérationnelle selon la demande immédiate.
Ceci amène à avoir plusieurs représentations d'un même objet. Il s'agira de montrer dans quel champ une représentation peut être utilisée en précisant le domaine de validité du modèle.
Montrer la distance entre la théorie et la réalité fait aussi partie de notre travail pédagogique, ce qui introduit un certain doute sur les concepts. Diverses interventions ont opposé alors les participants
Certains d'entre-eux pensaient que ce doute est un bien, car une pédagogie trop dogmatique est blocante, que l'acte pédagogique consiste aussi à montrer la relativité d'un concept. Il ne s'agit cependant pas de refuser toute connaissance, sous prétexte qu'elle sera mise en doute, mais de relativiser celle-ci.
D'autres collègues ont trouvé ce doute dangereux, prétextant que nos élèves ne sont pas de futurs chercheurs et qu'il faut, au contraire, des bases solides de connaissances, soulignant qu'en période d'apprentissage, les élèves n'ont pas le recul nécessaire pour faire une analyse critique et que celle-ci ne serait possible et profitable qu'à des étudiants déjà bien avancés.
3.10. Quoi qu'il en soit, le passage d'une représentation à une autre se pose. L'étude de la méthodologie de remplacement des concepts est intéressante. Elle n'a été malheureusement qu'évoquée&
3.11. Pour passer d'une représentation à une autre plus élaborée, une solution consiste à se mettre dans une situation où l'ancienne n'est plus opératoire& Ceci montre la nécessité d'un modèle plus puissant pour répondre aux besoins créés.
3.12. Malh~ureusement,on observe des blocages ne permettant pas d'accéder à la nouv'lle représentation. Leur cause serait à étudier, mais ceci est encore peu é~plQré.
3.13. Les représentations élémentaires subsistent (Bachelard) et elles apparaissent
parfo~~ dans des explications où elles sont fausses.
3.14. Ainsi, dans l'exemple du passage de la bière, les étudiants utilisent la
représentat~.onde tuyaux continus alors qu'ils ont appris le rôle du sang. 3.15. Notons cependant que ce sont des erreurs spontanées qui n'apparaissent plus
après un temps de réflexion, ce qui fait dire que ce ne sont pas de réels Ilobstacles!1 épistémologiques car on parle d,r'obstacle " uniquement lorsque
l'erreur persiste après réflexion. Mais, plus une représentation a fonctionné
longtemps, plus l'obstacle à dépasser sera grand. Bachelard pense qu'il ne suffit pas de lever un ou deux obstacles, car, en fait, il sIen construit sans arrêt.
3.16. Le rôle de l'expérience a été évoqué ... trop peu.
En effet. c'est un pilier de la construction des concepts en physique, moins en mathématiques.
3.17. Il est indéniable qu'il participe à la construction des concepts, cependant,
on remarque que l'on trouve souvent, comme dans une auberge espagnole, dans une expérience ce que l'on veut y trouver ...
3.18. Il faut teœpérer le rôle de l'expérience, l'hypothèse à vérifier étant souvent élaborée àans un champ conceptuel bien en place, on ne fait que vérifier le dogme ...
3.19.
En parallèle, une seule expérience contradictoire ne suffit pas pour lever un blocage conceptuel, les élèves persistent à ne pas être convaincus si l'hypothèse ~ vérifier est trop paradoxale avec leur savoir commun. 3.20. Pour améliorer lTélaboration des concepts, l'interdisciplinarité pourraitjouer un rôle importent.
~.?l. Par exemple, le flux pourrait être reli~ en physique, biologie, g~ographie... 3.22. M~me en didactique, l'interdisciplinarit~pourrait être utilis~e. Ainsi,
en linguistique, pour passer d'une langue à une autre, il existe des grammaires
interm~diaires, o~ certaines erreurs sont plus fructueuses que des v~rit~s.
N'y aurait-51 pas un parallèle ~ faire avec les transpositions didactiques des conce~ts?
De n0mbre~ses autres pistes ont été ouvertes mais peu poursuivies.
P~r exemple: Quel est le rôle de l'affectif dans l'apprentissage. Pourquoi aime-t-on mieux les cercles que les triangles. Comment l'utiliser pour obtenj,r
3.24. Malheureusement, la position de l'enseignant est presque toujours sélective et il n'étudie pas le problème de la formation de l'étudiant mais il se protège ou se fait plaisir ...
3.25. Sans conclusion possible dans la structure de cet atelier, citon le mot de la fin: "De toutes façons, la situation didactique est trop compliquée pour
~tre r~duite ~ quelques modèles simples .... "
