L'ÉDUCATION SCIENTIFIQUE
ET LA CULTURE SCIENTIFIQUE
LE RÔLE DES TRAVAUX EXPÉRIMENTAUX
Ana Maria ALMEIDA
F.C.T. - Universidade Nova de Lisboa
MOTSCLÉS : ÉDUCATION ET CULTURE SCIENTIFIQUE ÉPISTÉMOLOGIE -1RAVAILEXPÉRIMENTAL
RÉSUMÉ À partir des résultats d'une recherche qualitative sur les relations entre les représentations et les pratiques des enseignants de sciences, cette communication est centrée sur: • L'analyse des relations entre les conceptions et pratiques du travail expérimental dans les classes de
science et les représentations des enseignants sur la nature de la science et du travail scientifique; • Une réflexion sur les valeurs éducatives et formatives des travaux expérimentaux,
(re)conceptua!isés dans le cadre épistémologique contemporain.
SUMMARY : Based on the results of a qualitative research about the relationship between representations and science teachers 'practices the main purpose of our communication is :
• To analyse the linkage between the conceptions and practices of experimemal work and the science teachers'representations about the nature of science and scientific work ;
• To reflect about educative and formative values of experimental work, reconceplUalized in an epistemological contructivist cadre of science and leaming.
I.INTRODUCTION
Aujourd 'hui le grand progrès scientifique et technologique et la grande facilité de circulation d'informations demande que tous les citoyens aient une culture scientifique qui rende possible leur insertion et participation dans la vie de la société. Autrement dit, il faut que l'école crée des opportunités pour que tous les élèves acquièrent une formation scientifique basique afin de comprendre et pouvoir intervenir en toute conscience et critiquement sur le monde. Dans ce contexte il faut repenser l'éducation scientifique et son rôle dans la formation des jeunes et en conséquence les méthodes utilisées dans les classes de science et, spécialement, l'utilisation qu'on fait des travaux expérimentaux.
C'est dans un cadre épistémologique contemporain, un cadre constructiviste sur la science et l'apprentissage, qu'émergent certains présupposés nécessaires à la (re)conceptualisation de l'éducation scientifique.
D'abord, la connaissance scientifique, aussi comme la connaissance personnelle, est une construction humaine, personnelle et sociale. Les idées et les théories scientifiques se produisent par l'interaction entre les individus et les phénomènes, mais aussi par un processus complexe de négociation au sein de la communauté scientifique. D'autre part, les élèves ont des finalités propres et ils sont les principaux responsables par leur propre apprentissage, impliqués activement dans la construction de significations. Enfin, l'éducation scientifique doit être centrée sur une approche holistique de la science, en valorisant non pas seulement les contenus, ni les processus de la science, mais une inter-relation dynamique entre les savoirs conceptuels et les savoirs sur les processus (Woolnough et Allsop, 1985 ; Hodson, 1993).
Dans ce contexte, il est reconnu par plusieurs auteurs l'importance d'une (re)conceptualisation des travaux expérimentaux habituels aux classes de sciences, de façon àréfléchir ces principes sur l'apprentissage et sur la science.
Toutefois, prenant en compte les résultats d'un travail de recherche antérieur, on peut dire qu'un changement des conceptions et pratiques du travail expérimental, dominantesàce moment dans les classes de science au Portugal (démonstrations, vérifications expérimentales et les dénommées "activités de découverte"), sont fortement dépendantes d'un changement au niveau des représentations épistémologiques des enseignants. C'est l'analyse de ces relations que nous ferons de suite.
2. CONCEPTIONS ET PRATIQUES DOMINANTES DU TRAVAIL EXPÉRIMENTAL ET LES REPRÉSENTATIONS ÉPISTÉMOLOGIQUES
DES ENSEIGNANTS
En accord avec une recherche récente (Cachapuz, 1989) plus de 95% des travaux expérimentaux réalisés dans les classes de sciences physiques au Portugal sont des démonstrations et des vérifications, quel que soit le niveau d'enseignement et indépendamment de la formation académique
hors de la situation et expérience profissionnelle des enseignants. Pourquoi une telle situation? C'est une question que nous nous devons poser.
2.1 Démonstrations, vérifications expérimentales et méthode de la "découverte" Les démonstrations comme les vérifications sont des activités fermées et centrées sur l'enseignant qui se charge de la conception du plan de l'activité. de la définition du principe d'analyse des données expérimentaux et de son exploration. ainsi que de son exécution danslecas des démonstrations. On peut dire qu 'elles sont des activités du type "confirmation". "expérimenter pour montrer que... ou "prouver que... qui visentà illustrer ou vérifier une théorie déj:i enseignée.
La méthode de la découverte qui s'est developpée dans les années 60 et 70, en contestant la passivité des éleves dans les activités expérimentales traditionnelles. visait à placer les élèves dans la position des chercheurs. Conçue comme une application de la méthode scientifique - la méthode dite "expérimentale" que Giordan (1978) appelle de "OHERIC" -. elle considère que les élèves peuvent induire (découvrir) les concepts et les lois à panir de l'interpretation des faits, de l'expérience et des phénomènes observés.
2.2 Représentations épistémologiques
Comme on peut le constater, la démarche utilisée dans ces activités, où le matériel et les manipulations effectuées sont choisis et organisés avec comme fonction fondamentale le recueil des données d'observation et d'expérimentation qui illustrent la validité des contenus scientifiques déjà enseignés ou qui mettent en évidence les concepts ou les lois que l'on veut enseigner, est très fortement imprégnée d'inductivisme. C'est présupposer que l'expérience est à la fois monstratrice du phénomène et fondatrice des faits à panir desquels il est possible d'induire les lois. la connaissance scientifique (Robardet et Guillaud, 1994).
On retrouve là les presupposés des épistémologies empiristes-inductivistes qui. sous une forme implicite ou explicite, sont partagés en général par les curricula des sciences et par les enseignants (Almeida. 1995; Brickhouse. 1989; Cawthron et Rowell. 1978 ; Pomeroy, 1993 ; Robardet et G uillaud, 1994).
En effet, et selon les résultats d'une recherche que nous avons développée. les enseignants de sciences. et en paniculier des sciences physiques. considèrent que la science est fondée sur les faits observables et expérimentaux obtenusàtravers de la méthode scientifique: une méthode universelle. un processus presque mécanique, où l'observation et l'expérimentation sont les principales étapes. Le travail scientifique est ainsi consideré comme une sorte d'exploration d'une réalité. connaissable et absolue, avec l'objectif de mettre en évidence l'ordre des choses telle qu'il existe caché dans la nature. En conséquence, la connaissance. en étant considérée comme une expression de la réalité des faits, est présentée aux élèves dans les classes de science comme non-problématique. comme une suite de définitions, de règles et de formules qu'ils doivent apprendre et savoir appliquer plus ou moins mécaniquement dans des exercices répétitifs.
On évite ainsi les attitudes favorisant les cnuques, les hésitations, le doute, le débat, la problématisation et la recherche des solutions, en bref, tout ce qui pourrait laisser entendre que le savoir n'est ni questionnable, ni universel, ni définitivement acquis.
Dans ce contexte on peut dire que l'enseignement scientifique actuel ne joue pas le rôle qu'il prétend jouer et qui devrait être le sien. Les méthodes actuelles, linéaires, répétitives, contribuent ni à l'apprentissage de la science, ni au développment de compétences en matière de pensée scientifique et, par conséquent, pour la formation de citoyens critiques et intervenants.
3, (REjCONCEPTUALISATION DES TRAVAUX EXPÉRIMENTAUX
Comment on y a fait référence plusa haut, la (re)conceptualisation de ces travaux expérimentaux doit être faite dans un cadre épistémologique constructiviste, et donc fondée sur les caractéristiques du travail scientifique tel qu'il est entendu par les épistémologues contemporains comme Popper, Kuhn et Bachelard.
Il est possible, dans la diversité de positions épistémologiques de ces philosophes de pointer un ensemble de présupposés consensuels (Hodson, 1985) :1)les observations scientifiques, comme tous les autres processus scientifiques, n'arrivent pas dans un vide conceptuel; ils sont conditionnés par les savoirs antérieurs.!l s'agit de considérer que l'expérience existe, non pas comme un simple enregistrement de faits, mais en interaction avec la théorie;2)la démarche scientifique est une activité de résolution de problèmes à travers une multiplicité de méthodologies, et donc «un processus dynamique qui change et se développeàla mesure que la connaissance scientifique qui utilise change et se développe» (Hodson, 1985, p.35).
3.1 Travail expérimental comme une activité de résolution de problèmes
En assumant la peninence de ces principes épistémologiques, plusieurs auteurs (par exemple: Hodson, 1993; Perez, 1993; Robardet et Guillaud, 1994; Woolnough et Allsop, 1985) proposent que le travail expérimental doit être considéré comme une activité d'investigation, comme une démarche de résolution des problèmes. Il s'agit donc de substitueràune pédagogie de la réponse une pédagogie du problème. Dans cet esprit, un enseignement expérimental rénové s'efforcera de parur de problèmes, c'est-à-dire de situations problematiques plus ou moins ouvertes, plus ou moins énigmatiques, qui contient la conception d'un chemin pour trouver sa ou ses solutions.
Ainsi, les élèves en faisant une investigation expérimentale devront, commencer par comprendre le problème et faire des conjectures sur ses solutions et, donc, formuler les hypothèses compatibles avec leurs connaissances du moment et leurs conceptions. Le plan expérimental sera alors élaboré dans le but de soumettre ces hyphothèses à l'épreuve des faits et, donc, d'effectuer letrientre les hypothèses plausibles et de trouver les solutions du problème possibles.
Baigner les élèves dans celte démarche d'investigation n'est pas facile. Ilfaut dès lors partir des représentations des élèves, des questions qu'ils se posent. Il faut aussi, comme le recommande Hodson (1993), que les élèves aient acquis antérieurement quelques compétences techniques et de
laboratoire de base et, aussi bien, un certain "flair experimental", c'est-à-dire une sorte de "connaissance tacite", comme le désigne Polanyi, et, donc une connaissance expérientielle, non explicite, qui comprennent une sensibilité par les phénomènes et des savoir-faire qu'on utilise sur une façon intuitive.
Par suite de celte (re)conceptualisation, le travail expérimental est une activité où une importance particulière est réservée à la spéculation théorique, le débat et la confrontation des idées, en petit ou grand groupe, au cours de toute l'activité, mais aussi la possibilité des élèveschoisir les stratégies expérimentales compatibles avec leurs savoirs du moment et le problème de départ et, donc, une interactione constante entre la pensée et l'action. Il s'agit, alors, d'une démarche de résolution des problèmes, conformeàla méthodologie scientifique, où la création, l'invention, l'incertude, l'erreur, l'autocritique et l'hétérocritique assument un rôle fondamental.
3.2 Valeurs éducatives et formatives des travaux expérimentaux
Dans cette perspective, on peUl dire que les travaux expérimentaux conçus comme investigations, et pounant comme activités de résolution de problèmes, pourront constituer des opportunités pour que les élèves travaillent avec leurs savoirs et conceptions et, en utilisant les processus scientifiques, procèdentàleur restructuration ou reconstruction.
De cette façon, on peut considérer le travail expérimental comme une méthodologie pertinente soit pour l'apprentissage des savoirs scientifiques (conceptuels et processuels), soit pour l'apprentissage sur la science et pour faire la science (Hodson, 1993). De plus, on considère que le travail expérimental ainsi conçu peut contribuer au développement de compétences et attitudes qui habituent les jeunes àpenser et à agir scientifiquement face à nouvelles situations, et, donc, contribuer à l'acquisition d'une culture scientifique nécessaire pour la formation de citoyens éclairés et in tervenan ts.
4. CONCLUSION
En conclusion, nous pouvons dire que le changement des conceptions et pratiques du travail expérimental dominantes actuellement dans les classes de sciences, nommament au Portugal, vers leur (re)conceptualisation conforme à la démarche scientifique exige: 1)un changement du rôle des enseignants de sciences, mais aussi, et surtout, 2) une rupture épistémologique avec leurs perspectives empiristes-inductivistes sur la science et behaviouristes sur l'apprentissage.
Il faut ainsi intervenir soit au niveau de la formation épistémologique des enseignants, soit au niveau d'une recherche en profondeur des représentations épistémologiques el pédagogiques des enseignants, notamment sur leurs origines el leur évolution.
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