ARTheque - STEF - ENS Cachan | Le rôle de l'imaginaire dans l'élaboration de la connaissance scientifique. Quelques applications à la didactique

L'ELABORATION DE LA CONNAISSANCE

SCIENTIFIQUE.

QUELQUES APPLICATIONS A LA DIDACTIQUE

Jérôme VIARD L.E.M.D. - C.N.R.S.

Collectif de recherche en Didactique des Sciences Physique IFM, Grenoble

MOTS-CLES : PRODUCTION - MISE EN QUESTION DU SENS.

RESUME: La connaissance ne se réduit pasà un processus d'acquisition de données. Elle implique la production du sens qui est une oeuvre d'imagination créatrice. Mais la connaissance scientifique comporte aussi des périodes de mise en question du sens (commun), et de perte du sens. Cette étape de questionnement n'est généralement pas enseignée.

SUMMARY : Knowledge is not limited to a data acquisition process. Itimplies making sense which has much to do with creative imagination. However, in Scientific knowledge there are also moments where (common ) sense is brought questionned and lost. This step of questions is usually not taught.

1. LA PRODUCTION DE LA CONNAISSANCE DANS SA PHASE HEURISTIQUE EST UNE OEUVRE D'IMAGINATION

L'activité du chercheur ne consiste pas à collectionner des données pour extraire par induction une information cachée dans ces données: par exemple une loi scientifique, la solution d'une énigme, l'interprétation d'un phènomène. Avant toute acquisition de données, un premier travail consiste à se faire une idée grossière du problème puis à élaborer une stratégie de recherche, c'est à dire à faire des choix pour établir des priorités, une hiérarchie dans ses questions.

n

sera souvent conduit ensuite à formuler des conjectures en réponse à ses questions, à partir desquelles des données pourront acquérir une valeur infonnative en réfutant ou non ces conjectures. Dans certains cas, la réfutation des conjectures se fera d'elle-même par la simple mise en présence des faits, dans d'autres cas elle résultera d'une démarche volonrtaire de mise à l'épreuve. Dans certains cas enfin une connaissance nouvelle sera obtenue directement par déductionà partir d'une connaissance déjà acquise sans émission de conjecture. TI restera ensuiteà rassembler et à organiser les conjectures résistantes ou les résultats déduits pour constituer une preuve, un scénario vraisemblable, une interprétation acceptable des faits expérimentaux que l'on aura retenus.TI s'agit là d'une activité d'imagination créatrice.

Cette vision de la connaissance scientifique est exposée par Lakatos sous la forme d'un dialogue:

Les élèves d'une classe de mathématiqueessayent d'établir une loi entre le nombres des sommets S, celui des arêtes A et celui des faces F d'un polyèdre. Ils considèrent une suite d'exemples de polyédres avec pour chacun la liste de ces nombres, le tout présenté sous forme du tableau suivant:

Polyèdre

F

S

A

cube

6

B

12

prisme triangulaire

5

6

9

prisme pentagonal

7

10

15

pyramide carrée

5

5

B

pyrami de tri angul ai re

4 4

6

pyramide pentagonale

6

6

10

octaèdre

B

6

12

'tour'

9

9

16

'cube tronqué'

7

10

15

Certains pensent qu'en passant en revue ces nombres, ils trouveront la loi. L'un d'entre eux n'est pas d'accord, il est interpellé par un autre; les élèves sont désignés par un lettre de l'alphabet grec.

- Bêta: "Alors quoi? Allez-vous vous allongez sur votre paillasse, fermer les yeux et tout oublier de ces nombres? "

- Zéta : "Exactement j'ai besoin d'une idée pour commencer et non de données quelles qu'elles soient."

- Bêta: " Et d'où tirez-vous votre idée? "

- Zéta:"On a déjà l'idée quand on formule le problème, elle réside en fait dans sa formulation même."

Ledébat se poursuit plus loin sur l'origine des conjectures:

- Bêta:" Mais nous avons trouvé la conjecture naïve par induction! C'est à dire qu'elle nous a été suggéré par l'observation, indiquée par des exemples particuliers (...) ( ...)"

- Lemaître : "Non les faits ne suggèrent ni ne soutiennent les conjectures!" " Voilà en fait ce qui est arrivé: vous aviez trois ou quatre conjectures qui, chacuneàleur tour ont été rapidement réfutées. Votre tableau a été construit au cours de la mise à l'épreuve et de la réfutation de ces conjectures. Ces conjectures maintenant mortes et oubliées ont suggéré les faits, et non les faits les conjectures "(...)"(LAKATOS1984).

Nous ne sommes pas surpris de ce procès en règle de l'induction de la part d'un épistémologue mais cette critique de l'induction trouve des adeptes chez des auteurs beaucoup plus populaires: Une des raisons du succès de certains classiques du roman policier, tient non pas tant au style ou à l'intensité dramatique entretenue par l'auteur, mais plutôt au fait que le roman est construit à partir d'une théorie explicite de l'élaboration de la connaissance. Cela est si vrai que ces auteurs exposent ouvertement leur propre théorie en certaines occasions dévoilant ainsi le sens de leur démarche et de leur réflexion. En voici deux exemples:

- Georges Simenon :Lecommissaire Maigret est perplexe.

n

réfléchit

- Un jeune inspecteur: " Vous n'avez pas beaucoup d'indices, commissaire, pour commencez votre enquête."

- Maigret très en colère :"Ce dont j'ai besoin, ce n'est pas d'indices mais d'une idée!" La similitude des discours de Maigret et de Zéta est surprenante, les mots employés sont les mêmes.

- Conan Doyle. (Flamme d'argent) :

- Sherlock Holmes commente une découverte: "Décidément, mon cher Watson, ce commissaire manque énormément d'imagination. C'est parce que nous avons formé une hypothèse et que nous avons entrepris de la vérifier que nous avons découvert quelque chose (des empreintes de sabot de cheval dans la boue d'un fossé, l'idée était qu'il peut y avoir des empreintes dans les endroits protégés de la sécheresse.) (Cette découverte n'est pas lefruits du hasard ou d'une recherche sans objectifs).

A lire ces deux auteurs, le crédit dont jouit l'inductivisme chez de nombreux scientifiques et surtout chez les enseignants n'en apparaît que plus surprenant. La similitude de point de vue entre les auteurs cités illustre à tout le moins pour ceux qui en douteraient, que l'heuristique, l'activité de recherche, ni la "méthode hypothético-déductive" ne sont l'apanage du scientifique.

2. L'ACTIVITE DE RECHERCHE N'EST PAS PROPRE AU SCIENTIFIQUE

C'est une tâche ordinaire de l'activité humaine, dans la mesure où eUe produit du sens, d'éliminer les contradictions, les chaînons manquants, de résoudre les énigmes dans son interprétation du monde et pour cela d'élaborer des stratégies, de formuler des conjectures, de soumettre ces conjecturesàl'épreuve des faits...Lapensée commune pratique quotidiennement cette activité avec plus ou moins de systématisation et apporte des réponses souvent satisfaisantes aux questions que la vie lui suggère. Les incohérences apparentes de cette pensée ne résistent pas à une analyse plus fine. Là encore comme l'ont montré des avancées récentes dans les sciences cognitives (vARELA 1989) l'exercice du sens commun ne se limite pas à traiter une information fournie par l'environnement ou même à extraire de cet environnement une information prééxistante. Mais le sens, l'information naissent de la rencontre de l'esprit et du monde qu'il "fait émerger" pour y vivre son aventure... Connaître c'est d'abord reconnaître ce monde indissociable de l'esprit qui le fait exister, naître avec ce monde auquel mon existence sera indéfectiblement liée.

3. QUELLE EST ALORS LA SPECIFICITE DE L'ACTIVITE SCIENTIFIQUE SI CE N'EST D'APPORTER DES REPONSES, DE CREER DU SENS?

Une première remarque: quand la société a-t-elle recoursàdes chercheurs professionnels? Quand les procédures, les idées, les solutions reconnues jusque là comme satisfaisantes par tous ne fonctionnent plus, par exemple quand l'industrie ne sait pas fabriquer un matériau ou quand la médécine qui ne saît pas guérir une maladie. Pour les mêmes raisons, on ne fait pas de recherche en didactique ou si peu parce que les enseignants savent enseigner et les élèves apprendre, c'est du moins ce que l'on pense.

Mais le chercheur qui fait vraiment progresser la connaissance n'a pas besoin qu'on lui pose des questions pour s'en poser de lui même. TI met en question la pensée commune, la pensée admise, le sens commun, les certitudes sur lesquelles il y a consensus au sein de sa communauté ou au dehors.J. Rosmorduc caractérise ainsi les débuts de la physique moderne: "De la physique du sens communàcelle du doute" ("Le doute cartésien"). De Descartes on a surtout retenu (pour la rejeter comme inadéquate) la méthode qui permet d'élaborer de nouvelles certitudes mais on oublie souvent le message plus fondamental et toujours actuel: la mise en questions des anciennes certitudes, le doute. La volonté de prouver, de démontrer, de convaincre s'enracine dans le doute. Prouver c'est d'abord éprouver.

Si l'imagination créatrice est une composante de l'activité scientifique, elle n'est pas la seule, elle a pour contrepartie indispensable, l'activité destructrice de la raison critique. La plus grande joie d'un expérimentateur est de montrer qu'un modèle bien établi ne marche pas, et et non pas de confmner un modèle connU."Une expériencescientifique est alors une expérience quicontredit l'expériencecommune" (BACHELARD1938). Ce qui stimule le plus un théoricien pour la production de nouvelles idées ce sont les contradictions entre des théories admises et non leur harmonie. Ainsi

c'est la contradiction entre l'électromagnétisme de Maxwell et l'espace absolu de Newton qui conduit Einstein à construire la relativité. Il y a deux mille ans Héraclite faisait déjà l'éloge deladiscorde.

Il y a dans l'activité scientifique bien avant l'élaboration de réponses, la recherche des solutions, une étape fondamentale de questionnement, de destruction du sens, de rupture des consensus. Cest lorsqu'on ne comprend plus que les choses deviennent intéressantes, parce qu'à ce moment vont apparaître de nouvelles questions et de nouvelles connaissances."Pour un esprit scientifique, toute connaissance est une réponsedune question. S'il n'y a pas eu de question, il ne peutyavoir connaissance." (BACHELARD,1938). Et danslaréponse elle-même subsiste toujours une part d'incertitude tant est forte la conviction que toute réponse est toujours partielle ou temporaire :"L'acte de connaître doit être saisi dans son état naissant car c'est là seulement qu'il a son sens réel. Affermi,ildevient un mécanisme comme les autres. Or, dans son premier élan,ilest une découverte pleine d'incertain et de doute. Sa racine, c'est le jugement méfiant; son succès un hasard vérifié"

(BACHELARD,1928)."On n'est jamais sur d'avoir raison, on ne peut qu'être sur de se tromper" (FEYNMAN, 1980). Cette composante de questionnement, de mise à l'épreuve est certainement un des éléments les plus fondamentaux de l'activité scientifique, mais comment naissent et comment faire naître les questions? En fait dans la démarche scientifique, les réponses précèdent presque toujours les questions, et les questions n'apparaissent qu'au moment où les anciennes réponses ne fonctionnent plus. On ne peut mettre en question que ce qui existe déjà et non ce qui est à venir et c'est pourquoi la pensée scientifique se nourrit de la pensée commune et du savoir antérieur, mais en prenant soin de ne pas s'y laisser enfermer, en restant sur le qui-vive pour en déceler les limites, les insuffisances, qui ne tarderont pas à se révéler à un observateur attentif et habitué à déceler les contradictions. TI ne s'agit pas là, d'une volonté de remise en question systématique, programmée mais tout simplement de reconnaître que les vieilles croyances sur lesquelles tout le monde s'accordait plus ou moins jusque là, ne tiennent plus parce qu'elles sont incapables de fournir l'explication que l'on attend en face de tel ou tel phénomène, de telle ou telle difficulté à laquelle on se heurte. Cest la mise en difficulté des éléments de réponses, des théories, des modèles existants lorsqu'on les fait fonctionner dans des contextes nouveaux, lorqu'on étend leur domaine d'application, qui conduit à de nouvelles questions. Ces questions déboucheront à leur tour sur de nouvelles théories ou un nouveau paradigme."Dans c1uJque cas une nouvelle théorie n'est apparue qu'après tUs échecs caractérisésdans

l'activité normale tU résolutiondeproblèmes"(KUHN,1970).

4. QUELQUES ENSEIGNEMENTS POUR LA DIDACTIQUE: UNE AUTRE CONCEPTION DE L'ENSEIGNEMENT SCIENTIFIQUE

Si le questionnement du sens commun, de ce qui va de soi, de ce qui est généralement admis par le plus grand nombre, du savoir antérieur est sans doute ce qu'il y a de plus spécifique à l'activité scientifique, la pratique de ce questionnement est généralement exclue de l'enseignement des sciences. Le paradoxe n'est qu'apparent, en effet l'enseignement en question ne vise aucunement à enseigner la science en tant qu'activité exercée par ceux auxquels cet enseignement s'adresse mais en les tenant soigneusement à l'écart de cette activité, à leur enseigner les produits, les résultats de

"LaScience" que l'on demandera ensuite de mémoriser.

Cette activité d'acquisition de donnée est de plus, très souvent totalement déconnectée de l'activité cognitive du sujet puisque ces connnaissances sont généralement introduites en dehors de tout contexte approprié au sujet dans lequel elles pourraient prendre sens pour lui, comme moyen de résoudre un problème, de répondre à l'une question qu'il s'est posée, de sortir d'une contradiction etc. et en dehors de toute référenceàson savoir antérieur.

Certains ont proposé une alternativeàce type "d'enseignement scientifique". Ainsi, Guy Brousseau face au "schéma classique dans lequel l'apprentissage est la mise en mémoire d'une connaissance qui va s'appliquer" et pour laquelle il faudra ensuite "montrer comment on l'applique" de façonàlui donner du sens, il propose une autre approche, qui comporte une double référenceà Piaget et à Bachelard : "L'apprentissage est une adaptation de l'élève à une situation problème nouvelle. Les difficultés qu'il rencontre sont donc fondamentales pour provoquer cette adaptation.De plus, elles peuvent être constitutives du nouveau savoir, c'est à dire indispensables à sa compréhension. Ces difficultés sont celles que porte en elle la conception antérieure de l'élève et la situation problème choisie les a seulement révélée.Lanouvelle conception apparaît parce qu'elle est une solutionàces difficultés(H')Dans cette perspective ce qui est ailleurs interprétée comme une difficulté des élèves dans un apprentissage devient alors une difficulté pour une ancienne conceptionà être remplacée par une nouvelle lorqu'elle est en difficulté dans la situation problème présentée" (BROUSSEAU1980).

Pour l'enseignant, il s'agit non plus de produire des connaissances mais de communiquer des connaissances, mais pour le sujet connaissant,ils'agit de transformer, de développer sa connaissance et cette activité comporte plusieurs similitudes avec la production d'une connaissance nouvelle, en voici quelques unes:

l-L'élaboration d'une nouvelle connaissance n'a de sens que si la connaissance anciennne s'est trouvée préalablement en difficulté, il en est de même pour l'acquisition d'une nouvelle connaissance.

2-La mise en difficulté des connaissances préexistantes ne peut se faire que si ces connaissances ont l'occasion de fonctionner dans des contextes, des situations, qui dévoilent leurs insuffisances ou leur limites et qui appelleront de nouvelles connaissances mieux adaptées.

3-Le rôle premier de l'expérience ou du problème théorique n'est pas de confirmer une connaissance acquise après enseignement mais d'éprouver la validité du savoir antérieur, existant avant enseignement. Les contradictions rencontrées dans cette miseàl'épreuve serontàl'origine des progrès de la connaissance. "(...) Comme une théorie, un modèle se révèle par ses contradictions -apparentes ou réel1es- avec l'expérience et non par ses accords (...)"U(...)Lasimple familiarité, même active avec des situations bien structurées, ne suffit jamaisàprovoquer une mathématisation. Au contraire, les problèmes posés par une situation à la mise en oeuvre d'un modèle (implicite ou explicite) préexistant, ou par une théorie à la prise d'une décision, provoquent l'évolution, la reprise ou le rejet et la formulation des théories"(BROUSSEAU,1981).

BIBLIOGRAPHIE.

BACHELARD (G.), 1928. -Essai sur la connaissance approchée. Ed.J. Vrin, Paris. BACHELARD (G.), 1938. -Laformation de l'esprit scientifique. Ed.J. Vrin; Paris. BROUSSEAU (G.), 1980. - Problèmes de l'enseignement des décimaux.InRD .M,.1 (1). BROUSSEAU (G.), 1981. - Problèmes de didactique des décimaux.In RD .M,2(3). FEYNMANN(R),1980. -La nature des lois physique. Ed. Le Seuil, Paris.

LAKATOS (1.), 1984. -Preuves et réfutations. Ed. Hennann.

KUHN (T.),1970.-La structure des révolutions scientifique. Ed.Flammarion, Paris..

VARELA (F.), 1989. -Connaftre; les sciences cognitives tendances et perspectives.Ed. Le Seuil, Paris.