ARTheque - STEF - ENS Cachan | Atelier de réflexion : petit matériel

ATELIER DE REFLEXION

PETIT MATERIEL

Animation: Roger VIOVY

MOTS CLEFS

Apprentissage.

Expériences - Coût - Evaluation - Miniaturisation

-RESUME : L'utilisation de matériel peu coûteux est devenue une nécessité pour un enseignement expérimental de masse. La miniaturisation peut pennettre de diminuer les coûts sans faire oublier automatiquement le caractère scientifique du matériel. Des études de validation sont nécessaires pour mesurer l'impact des divers types de matériels dans les démarches visantàatteindre les divers objectifs d'apprentissage. SUMMARY : The use of low cost equipment is now essential for mass education. Miniaturization of material allows to Jower spendings without making it automatically Jose scientific characteristics. Validation researches are of absolute necessity for measuring the impact of varioux types of equipment on scientific leaming.

1 - NECESSITE D'UNE REFLEXION

Une réflexion approfondie sur le matériel expérimental utilisé à tous les niveaux d'enseignement est devenue indispensable pour plusieurs raisons.

1.1 - L'enseignement est devenu un enseignement de masse, et le problème des coûts devient par là-même insupportable pour les budgets si l'on veut utiliser un matériel sophistiqué. Il y a lieu de se poser non seulement le problème de l'investissement mais aussi celui du fonctionnement. En augmentant le nombre d'élèves, on modifie aussi l'homogénéïté et la nature du public. Une réflexion est indispensable pour en tirer les conséquences sur la nature du matériel àutiliser.

1.2 - A priori, on pourrait penser qu'il est intéressant en Travaux Pratiques d'utiliser un matériel technologique courant pour éviter de couper l'enseignement de la réalité extérieure. Cependant, il faut remarquer que ce matériel technologique est devenu extrêmement sophistiqué, qu'il est très souvent conçu pour des utilisations très "pointues", et d'un coût prohibitif. On doit donc trouver des compromis: utiliser le matériel technologique courant dans les cas particuliers où le système de "boites noires" est possible et - en particulier avec les plus jeunes élèves - utiliser un matériel adapté au projet pédagogique.

1.3 - L'importance accordéeàl'enseignement expérimental est, à l'heure actuelle, très réduite. Un des arguments utilisés pour justifier cette attitude, contraire à toutes les affirmations officielles, est le coût des travaux pratiques. La suppression des TP en terminale et dans l'Enseignement Supérieur a même été sérieusement envisagée ily a peu de temps. Dans ce domaine aussi, il est nécessaire de développer des recherches pour démontrer la faisabilité d'un enseignement expérimental de qualité bien intégré avec l'enseignement des concepts, ainsi que son utilité dans la visée des objectifs de formation : acquisition de concepts, de savoir-faire, mais aussi objectifs de comportement.

1.4 - Enfin, il faut bien reconnaître que, dans de nombreux pays et en France en particulier, il n'y a guère eu d'efforts pour développer industriellement des matériels didactiques bien adaptés.Le Centre de matériel d'enseignement aujourd'hui disparu n'a pas donné d'impulsion àun tel développement. Il existe des maisons importantes de matêriel didactiqueà l'étranger (Allemagne et Grande-Bretagne en particulier) mais le matériel est en général coûteux et difficile d'accès pour les établissements secondaires. Les matériels français sont loin de couvrir l'ensemble des besoins d'un enseignement expérimental généralisé.

2 - COUTS DES MATERIELS ET ADAPTATION

2.1 - La première réaction d'un enseignant soucieux de développer un enseignement expérimental malgré de faibles moyens est d'utiliser du matériel de récupération. Ceci a conduit de nombreux enseignants à déployer des trésors d'imagination pour réaliser des expériences avec des moyens très réduits. Ces initiatives locales sont souvent ignorées des autres par manque d'information.

Une telle tendance est souvent sévèrement critiquée par les enseignants car :

- elle donne aux élèves une impression de bricolage. Ces expériences "ne font pas sérieux" .

- Cette méthode ne correpond pas àla réalité scientifique, et même àla démarche scientifique traditionnelle.

- Enfin, elle donne un bon alibi aux décideurs pour diminuer, voire supprimer, les crédits pour les enseignements expérimentaux. Il est vrai que depuis quelques années les moyens réservésà l'enseignement expérimental sont en régression.

En fait, il est .difficile d'apprécier les réactions des élèves en face de tel ou tel type de matériel faute d'études sérieuses de validation. C'est un domaine presque vierge, en particulier en ce qui concerne le matériel lui-même.

2.2 - En contrepartie, l'utilisation d'un matériel sophistiqué ou technique conduit à pratiquer le système dit de la "boite noire". En fait, si ce système n'est pas condamnable en soi, il ne faut pas qu'il soit systématique. Pour progresser dans l'acquisition de démarches scientifiques, il est souvent nécessaire d'appréhender tous les éléments de la démarche.

2.3 -Le titre de l'atelier "petit matériel" s'entend comme développement d'un matériel peu sophistiqué mais il faut remarquer que la miniaturisation peut résoudre un certain nombre de problèmes. D'abord, il est évident que le coût de fonctionnement en matières consommables est sensiblement diminué. Un deuxième avantage particulièrement important en chimie est la diminution des risques d'accidents, la préparation de quelques cm3 d'un gaz toxique entraîne moins de risques que la préparation classique dans un ballon d'un litre. Pour les jeunes enfant~ (école élémentaire, collèges) on diminue aussi les risques d'accidents car le matériel peut être de dimensions mieux adaptéesàleur taille.

2.4 - Dans la conception des matériels, il est nécessaire de tenir compte des infrastructures. Si, dans les lycées et les universités, il existe en général des salles de TP spécialisées et raisonnablement équipées, ce n'est pas le cas des collèges ni à plus forte raison de l'école élémentaire. L'alimentation en gaz de ville est systématiquement supprimée dans les collèges, certaines salles n'ont qu'un point d'eau, et, les règlements l'imposent, le courant alternatif

nov

Dans les salles de lycée et à l'université, se posent surtout les problèmes de la rotation rapide des élèves et de l'intégration du travail expérimental dans l'enseignement.

Trouver un matériel adapté à ces conditions n'est pas chose simple.

3 • MATERIELS ET OBJECTIFS DIDACTIQUES

Les remarques générales qui précèdent montrent que la nature du matériel utilisé dans un enseignement expérimental n'est pas neutre. Il a son rôle dans le processus pédagogique utilisé.

Comme nous l'avons dit, il y a peu de recherches sur l'enseignement expérimental et ces recherches portent essentiellement sur l'atteinte d'objectifs, mais la nature du matériel utilisé n'est pas prise en compte. Comme très souvent en éducation, le côté technologique est oublié. Une réflexion me paraît indispensable sur l'interaction entre la nature du matériel et le processus pédagogique. Il me semblerait intéressant que, dans nos discussions, nous portions attention à ces problèmes, en particulier pour recueillir le maximum d'informations parmi ceux qui les ont rencontrés.

De toutes façons, il semble bien quil y a là un champ d'expérimentation riche qui n'a pas encore vraiment été exploré.

4 • EXEMPLE : LA SITUATION EN CHIMIE

A titre d'exemple, je donne quelques indications concernant la chimie. C'est une science qui se prête bien à l'utilisation d'un matériel peu sophistiqué et miniaturisé. D'une part, contrairement à la physique, le matériel est assez standard, d'autre part, contrairement à la biologie, on n'utilise guère de matériel naturel non transformé dont les dimensions sont imposées.

L'utilisation de matériel peu coûteux en chimie a fait l'objet de nombreux essais sporadiques en France. Il suffit de lire les articles parus dans le Bulletin de l'Union des Physiciens ou l'APISP pour s'en rendre compte. Très souvent cependant, c'est l'utilisation de matériel de récupération pour une expérience qui est mise en avant plutôt que l'élaboration d'un matériel peu coûteux adapté à une série de manipulations. Des essais de rationalisation pour la constitution de matériel peu coûteux ont cependant été réalisés et publiés. Ce matériel a été présenté et testé dans plusieurs occasions (recyclages, expositions), en France et à l'étranger (Tunisie, Japon, Brésil). Quelques exemples sont exposés lors de ces journées.

Au niveau des pays anglo-saxons, depuis longtemps, des propositions de matériel peu coûteux et miniaturisé ont été faites, certaines mêmes étaient intégrées dans un projet pédagogique (je pense en particu lier au projet Introduction to Physical Sciences (IPS) traduit au Canada). Cependant, le coùt de ces matériels est resté élevé et il ne paraît pas y avoir eu un développement important.

peu coûteux. Plusieurs ateliers ont eu lieu et l'UNESCO a même créé un centre de productionà Bombay. La création d'un centre francophone à Montpellier (CIFEC) a relancé le travail de développement de matériel peu coûteux et miniaturiséà partir de celui qui était développé en France. Plusieurs ateliers ont eu lieu conduisant à des ouvrages de manipulations etàdeux centres de production de matériel: unà Tunis et un àRabat.

En conclusion de cette présentation, je dirai que le problème du "petit matériel" expérimental me paraît un problème clé de l'enseignement de masse. On ne peut l'aborder sans une réflexion globale sur les méthodes pédagogiques. Il s'agit en quelque sorte de répondre aux questions:

- un matériel expérimental: Lequel? Pour quoi faire?

5 - DISCUSSION

La discussion s'est déroulée en deux parties. Tout d'abord, nous avons fait un tour d'horizon conèemant les expériences des participants dans l'utilisation de petit matériel et, dans un deuxième temps, nous avons eu un échange de vues sur le rôle du matériel dans le processus pédagogique et les conséquences que l'on doit en tirer. 5.1 - Tour d'horizon sur les expériences individuelles.

Dans l'ensemble du public, on a pu constater un assez bon équilibre entre les diverses disciplines et entre les niveaux, de l'enseignement élémentaireà l'Université, avec une dominante pour collèges et université.

En Physique-Chimie, plusieurs expenences ont été rapportées touchant essentiellement le Primaire et les Collèges:

- Au niveau de l'enseignement élémentaire, les expériences utilisent essentiellement du matériel fabriqué sur place avec les moyens du bord. Un essai de réalisation -préconisé par le Ministère - d'une "valise standard" (de 12 x 10 x 5 cm3) n'a pas donné de résultats satisfaisants, car il suffit qu'un composant soit manquant pour que la valise ne soit plus fonctionnelle. Il faut alors imaginer, soit un suivi pour le dépannage, soit une utilisation de matériel que l'on peut trouver partout.

- Au niveau des collèges, deux tendances se sont fait jour:

. l'une utilisant du matériel construit par les élèves eux-mêmes, à partir du matériel courant, ce qui a l'avantage de permettre une meilleure compréhension du m:atériel utilisé,

. l'autre utilisant un matériel spécialement étudié permettant un grand choix d'expériences, en particulier en électricité (le matériel en question était présenté sur des posters). Il faut rattacherà ce type le matériel de chimie développé par le CIFEC dont il a déjà été question (ce matériel était aussi présenté).

En Biologie :

- Au niveau de l'enseignement secondaire et des collèges ~n parlticulier, un facteur limitant supplémentaire vient s'ajouterà ceux qui existent en Physique-Chimie; c'est le problème du vivant. Au moment où sont à l'ordre du jour les problèmes de contamination (en particulier quand il s'agit du sang, mais aussi des élevages) et les problèmes d'éthique.. , on doit prendre de grandes précautions. Pour de nombreuses manipulations, le "bricolage" est totalement exclu.

- Au niveau de l'enseignement supérieur, deux interventions principales ont mis l'acent :

a) sur la nécessité de construire du matériel didactique adapté (cas d'un respiramètreà

température et à pression constantes), car les appareils de biologie existants (généralement à caractéristiques médicales) n,e correspondent pas aux besoins, en raison soit de leur nature, soit de leur coût.

b) sur la possibilité d'autres moyens d'apprentissage complémentaires quand l'expérimentation devient impossible ou trop onéreuse : moyens audio-visuels et informatiques.

5.2 • Matériels et méthode pédagogique.

De la discussion animée qui a eu lieu, on peut dégager les points suivants :

Audiovisuel et informatique : ce ne sont en fait que des auxiliaires de l'enseignement ; il est indispensable que les élèves, quel que soit leur niveau, manipulent du matériel. Pour les jeunes élèves, le passage par la main est indispensable pour la compréhension. Mais il ne faut pas négliger les apports de ces auxiliaires comme compléments de la formation. L'audio-visuel peut apporter des informations àcaractère expérimental que l'on ne pourrait pas avoir par ailleurs ; quand à l'ordinateur, il peut être un excellent outil de laboratoire (voir en particulier les textes des 4èmes journées).

Matériel fabriqué ou matériel préfabriqué : ce sont deux conceptions opposées qui ont leurs avantages et leurs inconvénients. La fabrication d'un matériel simple par les élèves permet de disséquer le processus expérimental et encourage les élèves par un aspect de création toujours enrichissant. Mais ce type d'approche demande du temps et il est utile d'avoir à sa disposition un matériel facile et rapide à utiliser. Ce matériel, étudié pour des fonctions déterminées, correspond mieux à une approche technologique telle qu'on la rencontre dans la vie réelle. De plus, il permet mieux d'éviter l'impression d'à peu près ou de bricolage qui s'oppose, dans l'esprit des élèves, à la notion de démarche scientifique.

Si l'utilisation des boites noires est acceptée par l'ensemble des participants pour des usages ponctuels (obtention de mesures par exemple), le travail expérimental avec du matériel sophistiqué est proscrit àl'unanimité.

Sécurité: Quel que soit le matériel utilisé, l'aspect sécurité doit être pris en compte, mais de façon raisonnée. Le problème du chauffage (en chimie en paI1iculier) a été évoqué. Il serait ridicule de ne pas utiliser la flamme alors qu'à l'extérieur l'enfant en

voit et en utilise très souvent. Il faut au contraire profiter de l'occasion pour apprendre la sécurité et non la peur du feu.

Il faut cependant prendre conscience des problèmes de sécurité quand on construit ses propres matériels ou expériences, en particulier, en biologie, des problèmes de contamination dont il a déjà été question.

Miniaturisation : la miniaturisation présente bien des avantages (réduction du coût de fonctionnement, augmentation de la sécurité - en chimie en particulier - , adaptation aux jeunes élèves) mais elle a ses limites. On ne peut descendre au-dessous d'une certaine dimension, il faut que les remplacements soient faciles (voir problème de la mallette "ministérielle" signalée plus haut) et il ne faut pas s'écarter trop de la réalité quotidienne ou scientifique.

Adaptation du matériel et finalités : ce paragraphe résume un peu l'ensemble de la discussion. En fait, il n'y a pas de solution universelle concernant le matériel expérimental. II est indispensable d'envisager des types d'approche différents adaptés chacun à un projet pédagogique donné. Selon que l'on cherche à développer la créativité d'un élève ou l'acquisition d'un concept, on n'utilisera pas forcément le même matériel.

Un autre aspect peut être souligné : dans la vie courante, on utilise des outils technologiques créés pour remplir une fonction déterminée. Si l'on veut ne pas couper la classe de la vie courante, cet aspect ne doit pas être négligé et les outils doivent être utilisés en classe avec leur fonction précise.

Ces remarques montrent qu'il est nécessaire d'utiliser divers types de matériels et d'expliciter - même aux élèves - les raisons pour lesquelles on a choisi de le faire.

CONCLUSION :

Les problèmes posés par le matériel, dans un enseignement de masse qui se veut expérimental, sont d'une telle importance que les p~lJticipants ont souhaité qu'une discussion plus approfondie ait lieu sur ce sujet, par exemple à l'occasion des prochainesl.E.S.