DE L’IMMERSION À LA FLOTTAISON :
UN EXEMPLE DE TRANSPOSITION DIDACTIQUE
Daniel LACROIX IUFM Grenoble
MOTS-CLÉS : TRANSPOSITION DIDACTIQUE - EXPÉRIMENTATION – ÉCOLE MATERNELLE
RÉSUMÉ : Les instituteurs en poste à l’école maternelle, ont parfois de la difficulté, surtout lorsque le sujet d’étude est nouveau, à déterminer avec précision les connaissances initiales des élèves, les contenus d’enseignement, et les apprentissages engendrés.
En supposant que les connaissances initiales sont des catégories très structurées, nous proposons un point de vue, qui, quel que soit le sujet d’étude, donne des clés pour construire la transposition didactique adaptée.
SUMMARY : A lot of the young pupils teachers can’t choose the relevant aims of the teaching because it’s difficult for them to appreciate the knowledges of theirs pupils and their structure. The teachers do not differenciate their knowledges, those of the pupils and those of the expert adult. They can’t construct the didactic transposition. We present, in this paper, a point of view which allows us to do this transposition.
1. APPRENTISSAGES DE NOTIONS SCIENTIFIQUES À L’ÉCOLE MATERNELLE
Les connaissances des jeunes élèves (4 à 6 ans) sont très éloignées de celles de l’expert. Elles le sont par leur nature et par leur structure. Si l’on souhaite que des connaissances enseignées puissent s’insérer dans le réseau de connaissances initiales, il faut que l’organisation des unes et des autres ne soit pas trop différente. Il faut donc connaître la structure des connaissances des jeunes élèves et également présenter celles liées à la situation étudiée et faisant l’objet d’un enseignement sous une structure comparable. À propos d’une situation faisant souvent l’objet d’un enseignement, nous présenterons des outils pertinents pour effectuer cette transposition didactique.
2. QUELLE EST LA STRUCTURE DES CONNAISSANCES INITIALES ? LES TYPES DE CATÉGORIES
Une hypothèse forte conforme au travail de psychologues, d’anthropologues, de philosophes, guide ce travail : les jeunes élèves mémorisent leurs connaissances sous forme catégorielle. Catégoriser des objets ou des situations, c’est regrouper ceux ou celles qui ont des propriétés communes et les distinguer de ceux ou celles qui ne les possèdent pas. Il semble que l’on puisse définir ces catégories en dressant la liste des composants qui la constituent ou la liste des propriétés qu’ils ont en commun. - Cette seconde façon de définir une catégorie est bien connue des biologistes, ces critères servent
par exemple à classifier les êtres vivants. Depuis Aristote, ce processus de construction les catégories a été maintes fois étudié. Ces données ont servi de base aux auteurs piagétiens pour étudier l’évolution des catégories logiques chez les jeunes enfants.
- Les travaux de Rosch, ont mis en évidence une troisième manière de construire des catégories. Les enfants et les adultes non experts, classent les objets et les situations, sans systématiquement faire référence aux critères qui déterminent cette catégorie. Ils regroupent des objets et des situations qui ont un air de famille avec un objet ou une situation pris comme référence. C’est le prototype. Par son intermédiaire, on peut alors avoir en tête la catégorie correspondante sans être en mesure de la définir à travers les critères qui la caractérisent et sans être capable de dresser la liste des composants de son extension. De plus les composants de la famille ont tous des similitudes et des différences particulières avec le prototype. Ces composants ne possèdent donc pas tous les mêmes caractéristiques.
- Enfin les enfants ont souvent besoin de catégoriser des situations complexes, constituées de multiples composants, par exemple une voiture et ses divers organes. Dans les classes collectives, les composants de la catégorie, peuvent être très différents les uns des autres, par exemple les roues et le volant. Ce qui les réunit, c’est le tout qu’ils constituent, la voiture dans cet exemple.
- Les jeunes élèves construisent ces trois types de catégories, étudiées par Markman et Carbonnel. Selon Markman, les enfants se représentent ces situations complexes à l’aide de configurations spatiales, possèdant une structure globale.
Au cours des apprentissages proposés, les enfants seront conduits à étudier des situations complexes. Il est possible de prévoir que :
- ils pourront les rapprocher d’une situation prototypique appartenant à leur vécu, - la situation sera analysée comme une classe collective,
- les différents critères dégagés permettront aux élèves de donner une dimension logique à cette catégorie.
Nous allons illustrer ces évolutions à travers une situation de flottaison. Et nous montrerons comment les activités adaptées sur ce thème permettent à l’enfant de passer d’une notion prototypique d’immersion à la notion de flottaison.
3. PENSER LES OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT EN TERMES DE DESCRIPTION DE NOUVELLE STRUCTURE
Pour préciser les objectifs de cet enseignement, il faut définir les connaissances initiales des élèves et leur structure.
3.1 La situation prototypique de départ, le bain et l’immersion
On s’intéresse, dans un premier temps, aux connaissances de référence de jeunes enfants (4,5-5 ans), à qui l’on a proposé de faire couler des bateaux constitués par des barquettes de polystyrène. Saborder un tel bateau est sans espoir, il faut le charger avec des objets plus denses que l’eau. On identifie les propriétés connues de l’enfant à travers celles qu’il a codées dans son dessin lorsqu’il a eu à décrire la solution trouvée. Ainsi, par exemple, un de ces élèves dessine un espace rectangulaire représentant le récipient, qu’il remplit de vagues. Il place un bateau, au centre du rectangle, dans les vagues. Il ne place pas le bateau en dehors des vagues ou du récipient. Le bateau est chargé, il dessine une charge et la place dans ce dernier.
Ainsi cet enfant caractérise cette situation complexe à l’aide de différents composants : le récipient, l’eau, le bateau, la charge. L’enfant traduit dans son dessin, en terme d’inclusion, l’immersion partielle ou totale des objets dans l’eau, la présence de l’eau dans le récipient, et la présence de la charge dans le bateau. Ces relations permettent facilement de définir la structure gigogne que l’on peut traduire par un schéma, le schéma 2.
Cette structure est la même que l’objet flotte ou coule. Ainsi la situation prototypique de référence est celle de l’enfant dans son bain, plongé en partie dans l’eau, le corps reposant sur le fond de la baignoire, la tête hors de l’eau, cerné de toute part par l’eau.
Le langage de la maîtresse qui l’invite, au cours des activités expérimentales à mettre les objets dans l’eau, dans l’aquarium, ne peut que renforcer cette structure et les relations qui y sont associées.
Il y a risque d’incompréhension entre le maître et l’élève : l’un fait référence à la flottaison l’autre à l’immersion.
On s’intéresse, maintenant, à l’adulte expert et à ses connaissances. Pour lui, un objet qui flotte est un objet qui oscille à la surface de l’eau sans jamais disparaître complètement sous l’eau, grâce à l’action
de deux forces antagonistes. Il y a toujours une partie qui reste sous la surface de l’eau et une partie qui émerge. Quelle structure se dégage de ce discours ?
RECIPIENT EAU bateau Charge B1 B2 B3 s initial final
Schéma 1 : structure permettant de catégoriser une situation de flottaison
Les relations que l’adulte expert met en avant dans cette situation, sont le contact des objets qui coulent contre le fond du récipient ou la position de l’objet qui flotte de part et d’autre de la surface libre de l’eau. D’autres relations sont la conséquence du champ de gravité ; l’eau occupe le fond du récipient. Et l’objet qui flotte est au-dessus de celui qui touche le fond. Cette séparation des objets suivant leur densité n’est possible qu'à la condition que le récipient contienne de l’eau.
Ainsi, la nouvelle structure, permettant de rendre compte de toutes ces relations, est constituée par un empilement de bandes horizontales, non commutables. Elle présente trois différences avec la structure initiale :
- Tout d’abord cette nouvelle structure inclut un nouveau composant au moins sur le plan graphique : une partie “vide” dans le récipient.
- Ensuite cette nouvelle structure est beaucoup plus abstraite que la précédente. Dans la structure en poupée gigogne, chaque relation d’inclusion impliquait deux objets : la charge et le bateau par exemple. Maintenant dans ce découpage de l’espace délimité par les parois du récipient, chaque bande ne correspond plus à un composant. Une bande peut être la distance qui sépare deux composants.
- Enfin il convient de remarquer qu’en fonction de la structure qui sert de référence, ce ne sont plus les mêmes paramètres qui vont la caractériser : par exemple l’existence conjointe des parties émergée et immergée n’est prise en compte que dans la structure qui découpe l’espace en feuillet. Nous avons insisté sur les différences entre ces deux classes collectives, qui, composées éventuellement des mêmes composants, peuvent donner lieu à deux structures différentes. Ces structures correspondent à deux notions différentes : immersion et flottaison. Elles coexistent, d’où les difficultés que pourra rencontrer l’élève.
3.2 Réorganisation des connaissances
Quelle réorganisation des connaissances peut produire l’introduction de cette nouvelle structure ? Nous n’examinerons qu’un cas particulier. Prenons l’exemple de Joanna (4 ans et demi).
Dans son dessin initial, la relation d’inclusion tient une place prépondérante. La structure gigogne du système constitue une connaissance initiale très structurée. Dans les représentations graphiques ultérieures, Joanna est à la recherche d’une synthèse.
- Elle n’introduit pas de nouveau composant : ni la surface libre de l’eau, ni un espace vide à l’intérieur du récipient.
- L’inclusion tient une place centrale : présence d’eau dans la totalité du récipient, inclusion du bateau dans l’eau ; inclusion de la charge dispersée dans la totalité du bateau. Joanna recherche une synthèse. Elle tient compte aussi de ce qui a été enseigné, elle cherche à rendre compte d’une relation haut bas : elle ne place pas le bateau en contact avec le fond. Elle le place dans la partie haute du récipient, dans la partie haute de l’espace occupé par l’eau.
- Pour faire la synthèse entre les deux structures, Joanna conserve la structure initiale à laquelle elle superpose une structure en bandes constituées par un empilement de bandes horizontales, non commutables.
Le discours tenu par Joanna, confirme cette volonté de réaliser la synthèse entre les deux structures, les deux systèmes de relation, tout en enrichissant son réseau de connaissances initiales. On assiste au passage explicite d’une catégorie prototypique à une catégorie logique.
4. CONCLUSION : MOYENS MIS EN ŒUVRE POUR ASSURER LA TRANSPOSITION DIDACTIQUE
Pour favoriser cette évolution, l’enseignant a mis en œuvre divers moyens qui ont pour but de visualiser cette structure, de la faire manipuler et représenter par ses élèves.
- Il a proposé des situations-problèmes dont les solutions, nécessitent de faire varier les deux parties immergées et émergées d’un même objet, en faisant par exemple varier la charge du lest placée dans un verre transparent, symbolisant un bateau. (Rechercher la charge maximale que peut transporter un bateau).
- Il a limité l’utilisation des termes d’usage courant qui expriment l’inclusion (dans le but de minimiser les relations d’inclusion).
- Des objets identiques à ceux présents dans l’aquarium, sont fixés sur une feuille transparente, elle-même collée sur la paroi verticale transparente de l’aquarium, de telle sorte qu’ils semblent occuper la même position que ceux situés à l’intérieur.
- Le maître a utilisé plusieurs supports transparents représentant le verre-bateau et l’aquarium, pour mimer l’évolution de la position du verre par rapport à la surface libre de l’eau, lorsque la charge augmente.
- Il a sélectionné des récipients transparents, capables de visualiser à chaque instant, dans une vue de face, la structure en bande et la structure gigogne.
- Les récipients ont été placés de telle sorte que la surface libre de l’eau soit à hauteur des yeux des élèves.
Les élèves de 4-5 ans en fin d’année sont mûrs pour vivre de tels apprentissages. Et de nombreux sujets d’étude peuvent leur être proposés, (l’ombre, les aimants, l’air) dans lesquelles la découverte d’une nouvelle structure permet de passer d’une première approche globale, à une approche analytique de la notion scientifique.
