Étude exploratoire des liens entre les pratiques
pédagogiques, la motivation à apprendre les sciences et
la performance des élèves canadiens au secondaire
Mémoire
Joanne Latourelle
Maîtrise en mesure et évaluation - avec mémoire
Maître ès arts (M.A.)
Étude exploratoire des liens entre les
pratiques pédagogiques, la motivation à
apprendre les sciences et la performance des
élèves canadiens au secondaire
Mémoire
Latourelle, Joanne
Sous la direction de :
Résumé
L’école doit assurer le développement d’une culture scientifique à l’ensemble des élèves et la formation de celles et ceux qui se destinent à une carrière scientifique. La qualité de l’enseignement obligatoire en sciences se traduit notamment par les hauts standards de performance obtenus par les élèves canadiens aux enquêtes internationales tel le Programme international pour le suivi des acquis des élèves (PISA). Malgré les bons résultats, un déclin de la motivation à apprendre les sciences s’observe chez les jeunes de niveau secondaire au Canada. Les pratiques pédagogiques traditionnelles seraient en partie responsables de ce déclin, bien que les curricula mettent l’accent sur des pratiques pédagogiques axées sur l’investigation scientifique. La présente étude explore, par une analyse acheminatoire, la contribution de la motivation à la relation entre les pratiques pédagogiques et la performance en sciences à partir d’un modèle basé sur la théorie de l’autodétermination, puis vérifie l’invariance des liens du modèle selon les provinces et selon le sexe des élèves. Cette analyse secondaire des données issues du PISA 2015 porte sur un échantillon de 20 058 élèves canadiens de 15 ans représentatifs des 10 provinces canadiennes. Les résultats démontrent notamment que les variables motivationnelles contribuent modérément à la relation entre les pratiques pédagogiques d’investigation associées à l’application des connaissances et la performance en sciences, alors qu’elles ont peu d’effets sur les relations impliquant les pratiques traditionnelles et les pratiques d’investigations ouvertes. Ces dernières affichent cependant un fort effet négatif sur la performance en sciences. L’invariance configurale du modèle selon les provinces et le sexe est démontrée, de même que l’invariance métrique partielle du modèle selon le sexe. La présente étude raffine la conceptualisation opérationnelle des pratiques pédagogiques axées sur l’investigation utilisée au PISA et contribue à mieux comprendre l’environnement d’apprentissages des sciences des élèves de 15 ans au Canada.
Mots-clés : Motivation, pratiques pédagogiques, performance en sciences, modélisation par analyses acheminatoires
Abstract
Schools must ensure the development of a scientific culture for all students and the development of those who intend to pursue a scientific career. The high scores obtained by Canadian students in international surveys such as the Program for International Students Assessment (PISA) reflect the quality of compulsory science education in Canada. Despite the good results, there has been a decline in motivation to learn science among high school youth in Canada. Traditional teacher-centred practices are partly responsible for this decline, although the curricula emphasize pedagogical practices focused on scientific inquiry. This study explores the contribution of motivation to the relationship between teaching practices and performance in science using a theoretical model based on self-determination theory. The verification of the model across provinces and gender is done using a path analysis. This secondary analysis of data from PISA 2015 involves a sample of 20,058 15-year-old Canadian students’ representative of the 10 Canadian provinces. The results show that the motivational variables contribute moderately to the relationship between inquiry teaching practices focusing on relevance to everyday applications and performance, but little influence on the relationships involving traditional practices and open inquiry practices. Inquiry practices have a strong negative effect on science performance. The configural invariance of the model across provinces and gender is demonstrated, as well as the partial metric invariance of the model with respect to gender. This study challenges the operational conceptualization of inquiry teaching practices used by PISA and contributes to a better understanding of the science learning environment for 15-year-old students in Canada. Keywords: Motivation, pedagogical practices, science performance, path analysis
Table des matières
Résumé ... ii
Abstract ... iii
Table des matières ... iv
Liste des figures ... vii
Liste des tableaux ... viii
Liste des abréviations ... ix
Liste des sigles et acronymes ... x
Remerciements ... xii
Introduction ... 1
Contexte de l’étude : le PISA ... 5
Chapitre 1 – Problématique ... 7
1.1 ... Les sciences et la société : entre culture et carrière ... 8
1.2 ... Les sciences et l’école : entre culture et carrière ... 10
1.3 ... La performance en sciences des élèves de 12 à 15 ans: le Canada bien positionné ... 12
1.4 ... Les attitudes des jeunes à l’égard des sciences : une préoccupation nationale et internationale ... 14
1.4.1 ... Motivation des jeunes à l’égard des sciences : constats. ... 16
1.4.2 ... Motivation des jeunes à l’égard des sciences : facteurs d’influence. ... 19
1.4.2.1 . Motivation et sexe des élèves. ... 19
1.4.2.2 . Motivation et pratiques pédagogiques en classe de sciences. ... 20
1.5 ... Objectifs généraux et questions de recherche ... 22
Chapitre 2 - Cadre théorique ... 24
2.1 ... Motivation et théorie de l’autodétermination ... 25
2.2 ... Motivation et apprentissage des sciences ... 27
2.3 ... Pratiques pédagogiques en sciences ... 29
2.4 ... Performance en sciences ... 32
2.5 ... Objectifs spécifiques de recherche ... 33
Chapitre 3 - Méthodologie ... 35
3.1 ... Échantillon et collecte de données ... 35
3.2 ... Mesures. ... 37
3.2.1 ... Variables motivationnelles. ... 38
3.2.3 ... Performance en sciences et valeurs plausibles. ... 40
3.3 ... Analyses ... 40
3.3.1 ... Traitement des données. ... 41
3.3.2 ... Qualités psychométriques. ... 41 3.3.3 ... Statistiques descriptives. ... 43 3.3.4 ... Modèle théorique. ... 44 3.3.5 ... Invariance du modèle. ... 46 Chapitre 4 - Résultats ... 47 4.1 ... Qualités psychométriques ... 47
4.1.1 ... Analyse en composantes principales (ACP). ... 47
4.1.2 ... Analyses factorielles confirmatoires. ... 48
4.2 ... Statistiques descriptives ... 49
4.2.1 ... Indices standardisés. ... 50
4.2.1.1 . Variables motivationnelles. ... 50
4.2.1.2 . Variables des pratiques pédagogiques. ... 52
4.2.1.3 . Performance en sciences. ... 56
4.2.2 ... Indices non standardisés. ... 56
4.3 ... Modèle théorique ... 57
4.4 ... Invariance du modèle ... 63
Chapitre 5 - Discussion ... 66
5.1 ... Qualités psychométriques ... 67
5.2 ... Portrait de la motivation, des pratiques pédagogiques et de la performance en sciences ... 67
5.3 ... Modèle théorique ... 68
5.3.1 ... Effets directs des pratiques pédagogiques sur la performance en sciences. ... 69
5.3.2 ... Effets directs des pratiques pédagogiques sur les variables motivationnelles. ... 72
5.3.3 ... Effets directs des variables motivationnelles sur la performance en sciences. ... 74
5.3.4 ... Effets indirects et totaux du modèle. ... 75
5.4 ... Invariance du modèle ... 77
5.4.1 ... Invariance selon les provinces. ... 77
5.4.2 ... Invariance du modèle selon le sexe des élèves. ... 78
5.5 ... Limites ... 80
Conclusion ... 83
Bibliographie ... 89 Annexe A - Solutions standardisées et indices d’ajustement du modèle dans chacune des provinces ... 103 Annexe B – Fréquences de réponses aux items de la variable initiale pratique
Liste des figures
Figure 1. Situation des facteurs à l’étude dans le cadre théorique de la TAD et du modèle
hiérarchique de la motivation ... 27
Figure 2. Modèle théorique ... 33
Figure 3. Modèle théorique testé, variable pratiques pédagogiques par investigation ... 44
Figure 4. Modèle théorique testé, variable pratiques pédagogiques par investigation ... 45
Figure 5. Solution standardisée du modèle théorique canadien ... 59
Figure 6. Solution standardisée du modèle chez les garçons. ... 62
Liste des tableaux
Tableau 1. Descripteurs associés aux pratiques pédagogiques en sciences ... 31 Tableau 2. Caractéristiques de l’échantillon d’élèves au PISA 2015 ... 37 Tableau 3. Nouvelles dimensions associées aux pratiques pédagogiques par investigation ... 48 Tableau 4. Statistiques d’ajustement des modèles de mesures de la motivation et des
pratiques pédagogiques ... 49 Tableau 5. Moyennes standardisées de l’intérêt selon les provinces et différences selon le
sexe ... 51 Tableau 6. Moyennes standardisées du plaisir selon les provinces et différences selon le
sexe ... 51 Tableau 7. Moyennes standardisées de la motivation identifiée selon les provinces et
différences selon le sexe ... 52 Tableau 8. Moyennes standardisées des pratiques pédagogiques dirigées selon les
provinces et différences selon le sexe ... 53 Tableau 9. Moyennes standardisées des pratiques pédagogiques par investigation selon
les provinces et différences selon le sexe ... 54 Tableau 10. Fréquences d’exposition1 aux activités associées aux pratiques pédagogiques
par investigation... 55 Tableau 11. Performances en sciences selon les provinces et différences selon le sexe
des élèves ... 56 Tableau 12. Moyennes canadiennes non standardisées et corrélations entre les variables
d’intérêt ... 57 Tableau 13. Corrélations entre les variables indépendantes et les termes d’erreurs du
modèle canadien théorique ... 58 Tableau 14. Effets directs et indirects standardisés du modèle théorique canadien ... 60 Tableau 15. Indices d’ajustements du modèle théorique aux données canadiennes,
provinciales, aux filles et aux garçons ... 61 Tableau 16. Effets directs et indirects standardisés du modèle théorique sur la
performance en sciences selon le sexe des élèves ... 63 Tableau 17. Invariance du modèle chez les filles et les garçons ... 65 Tableau 18. Coefficients structuraux standardisés du modèle théorique à l’échelle des
provinces canadiennes ... 104 Tableau 19. Coefficients de détermination des variables latentes et indices d’ajustement
du modèle théorique à l’échelle des provinces ... 106 Tableau 20. Proportions d’élèves canadiens ayant répondu que les activités identifiées se
Liste des abréviations
ACP : Analyse en composantes principales
Alb. : Alberta
C.-B. : Colombie-Britannique CFI : Comparative Fit Index I.-P.-É. : Île-du-Prince-Édouard
Man. : Manitoba
N.-B. : Nouveau-Brunswick N.-É. : Nouvelle-Écosse NFI : Normed Fit Index NNFI : Non-Normed Fit Indice
Ont. : Ontario
Qc : Québec
RBS : Residual-Based Statistic
RMSEA : Root Mean Square Error of Estimation S&T : Science et technologie
Skt. : Saskatchewan
STIM : Sciences, technologie, ingénierie et mathématiques T.-N.-L. : Terre-Neuve-et-Labrador
Liste des sigles et acronymes
CMEC : Conseil des ministres de l’éducation (Canada) CST : Conseil de la science et de la technologie
CSTI : Conseil des sciences, de la technologie et de l’innovation
IEA : International Association for the Evaluation of Educational Achievement MEES : Ministère de l’Éducation et de l’Enseignement supérieur
MELS : Ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport
MESI : Ministère de l’Économie, de la Science et de l’Innovation
OCDE : Organisation de coopération et de développement économiques PEICA : Programme d’évaluation internationale des compétences des adultes PISA : Programme international pour le suivi des acquis des élèves
PPCE : Programme pancanadien d’évaluation
TIMSS : Tendance de l’enquête internationale sur les mathématiques et les sciences/Trends in International Mathematics and Science Study UNESCO : Organisation des Nations unies pour l’éducation, la science et la culture/
« Le plus difficile, c’est décider d’agir. Le
reste ne tient qu’à la persévérance. »
Amelia Earhart.
Remerciements
Biologiste de formation, les aléas de la vie m’ont mené vers l’éducation. J’ai glissé d’un écosystème à un autre, non sans heurts. Les apprentissages ont été difficiles mais stimulants. J’ai été nourrie par les rencontres d’élèves artistes, sportifs, musiciens, doués, doubleurs, avec et sans handicap, d’écoles privées et d’écoles publiques. J’ai été soutenue et façonnée par des collègues bienveillants, innovateurs, rigoureux et rieurs. J’ai été fascinée par les milieux qui m’ont accueillie, du Nord-du-Québec à la Côte-Nord en passant par la Mauricie et la Capitale-Nationale. Les aléas sont devenus des opportunités qui m’ont conduite vers la conseillance pédagogique, puis à la coordination des enquêtes à grande échelle ciblant les populations d’élèves du primaire et du secondaire. J’ai eu l’immense privilège d’observer l’enseignement et l’apprentissage d’un point de vue micro et d’une perspective macro. Toutes ces personnes côtoyées dans tant de milieux différents ont bonifié ma vision de l’éducation et m’ont fait grandir. C’est à elles que mes premiers remerciements sont destinés.
Ce projet d’étude a germé en 2010, je m’y suis investie à temps plus que partiel en fonction des disponibilités de ma vie professionnelle. Je remercie très sincèrement mon directeur de recherche, Monsieur Éric Frenette, d’abord pour sa compréhension et sa patience, puis pour les défis proposés et finalement pour son soutien constant et ses encouragements.
Cette entreprise aura duré dix ans, sous l’œil encourageant de ma famille. Je remercie donc Pierre, Érika, Andréanne, Camille et Hugo d’avoir continuellement cru en moi, de s’être informé des avancements de ce projet avec un enthousiasme senti.
Introduction
Les sciences sont omniprésentes dans les sphères de la vie personnelle, familiale, professionnelle et sociale. Elles influencent nos actions, modifient notre rapport au savoir et façonnent notre vision du monde. Les développements de l’intelligence artificielle, de l’ingénierie énergétique, des technologies médicales, des neurosciences sont autant d’exemples illustrant à la fois la présence et la progression rapide des savoirs en sciences dans le monde contemporain. L’importance des sciences pour les sociétés ne fait aucun doute. Ces dernières en soutiennent l’essor « parce qu’elles en tirent d’importants bénéfices, sur les plans économique, social et culturel, et aussi politique et militaire »(Conseil de la science et de la technologie CST, 2004, p. 5).
Sur le plan social, le développement d’une culture scientifique permet aux citoyens de mieux comprendre les enjeux technoscientifiques, de participer aux débats et de résister aux discours erronés. Pour l’Organisation des Nations unies pour l'éducation, la science et la culture (UNESCO), l’appropriation des sciences, de la technologie, de l’ingénierie et des mathématiques (STIM)1 est une des actions qui permettront notamment de faire face aux
enjeux socioéconomiques dans une perspective de développement durable (UNESCO, 2017). Le conseil de la science et de la technologie du Québec (CST, 2002) rappelait que « les sciences et la technologie progressent à un rythme inégalé jusqu’ici et nous mettent face à de nombreux questionnements en matière d’impacts, d’acceptabilité, d’éthique et de droit, auxquels des réponses restent à trouver » (p. 165). Dans ce contexte, la culture scientifique devient un enjeu de participation démocratique et en fait une compétence clé pour bien fonctionner en société (Rychen & Salganik, 2003). C’est une compétence qui doit se maintenir et se développer tout au long de la vie.
Sur le plan économique, les sciences représentent des assises fondamentales au développement de l’innovation et au progrès économique. La disponibilité d’une main-d’œuvre hautement qualifiée permet le maintien d’une économie compétitive (CST, 2004; Organisation de coopération et de développement économiques OCDE, 2018; The Conference Board of Canada, 2019a). Investissement Québec International, qui a le mandat de faciliter les exportations québécoises, présente les secteurs d’activités les plus
1 Selon les auteurs et les organisations, la science peut être associée à la technologie (S&T) ou à la technologie, à
l’ingénierie et à la mathématique (STIM). Pour faciliter la compréhension du texte, la présente étude retient uniquement le vocable sciences tout en reconnaissant l’importance des concepts associés.
importants de notre économie « dynamique, prospère et ouverte sur le monde » (Investissement Québec, s.d.), tous en lien avec les sciences : aérospatial, agroalimentaire, aluminium, mines, multimédia, sciences de la vie et technologie de l’information et des communication. En appui aux politiques, le Canada et le Québec se sont dotés de scientifiques en chef qui évaluent, recommandent, conseillent les gouvernements tout en promouvant la culture scientifique et les carrières scientifiques. La formation de la relève scientifique constitue une priorité gouvernementale, tant au Canada (Innovation, Sciences et Développement économique Canada, 2020) que dans les provinces. Le Québec, par exemple, « doit former une relève scientifique et innovante, répondant aux besoins d’une société en mutation » (Ministère de l’Économie, de la Science et de l’Innovation MESI, 2017, p. 22). Et la diversité de cette relève permettra de développer de nouvelles approches et stimuler l’innovation (Bøe, Henriksen, Lyons & Schreiner, 2011).
Les gouvernements, mais également les industries et les organismes communautaires reconnaissent le rôle essentiel que joue l’école et l’enseignement des sciences dans l’économie (Parlons sciences & Amgen Canada, 2012). Le réseau scolaire agit au premier plan de la formation et du développement de carrières scientifiques. Les curricula associés à l’éducation scientifique mettent généralement l’accent à la fois sur les savoirs théoriques et sur les compétences développées en contextes significatifs pour les élèves (Eilks & Hofstein, 2016). Au-delà de la formation de spécialistes, l’école primaire et l’école secondaire doivent prioritairement assurer l’acquisition de contenus et de compétences scientifiques permettant à tous les jeunes de participer activement à la société du savoir (CST, 2002; Conseil des académies canadiennes, 2017).
La qualité de l’enseignement obligatoire en sciences au Canada se mesure notamment par les résultats obtenus par les élèves du primaire et du secondaire aux évaluations à grande échelle, tel le Programme international pour le suivi des acquis des élèves (PISA). Bien que les résultats du Canada au PISA placent le pays parmi les meilleurs de l’OCDE, la performance en sciences des élèves canadiens a significativement diminué au cours des dernières années (O’Grady, Deussing, Scerbina, Fung & Muhe, 2016). La réussite scolaire étant souvent associée aux résultats (Astolfi, 2006), il y a lieu de tenir compte du déclin de la performance, d’autant plus que la performance scolaire en sciences est considérée comme un prédicteur du choix de carrière (Doray, Gemme et Gibeau, 2003; OCDE, 2016b).
L’école doit ainsi susciter et cultiver une attitude positive, voire un intérêt réel envers ces champs de connaissances et de compétences chez tous les élèves. Plusieurs écrits scientifiques abordent l’attitude, l’intérêt et la motivation envers les sciences sans distinction conceptuelle (Potvin & Hasni, 2014a). La présente étude distingue les effets de trois variables motivationnelles : 1) l’intérêt envers les grands sujets scientifiques; 2) le plaisir des sciences; 3) la motivation identifiée qui permet, par exemple, à un élève de s’engager dans ses apprentissages parce que cela lui permet d’accéder à un emploi qui l’intéresse (Brault-Labbé et al., 2018). Ces trois variables sont associées à l’engagement dans les apprentissages, la performance et l’orientation professionnelle (OCDE, 2018a; Ryan & Deci, 2000). Certains auteurs notent que l’intérêt envers les sciences a diminué au cours des dernières années dans les pays économiquement développés, qu’il décroit surtout lors du passage des élèves du primaire vers le secondaire (Barmby, Kind & Jones, 2008; Potvin & Hasni, 2014b).
Parmi les composantes de l’environnement scolaire, les pratiques pédagogiques en sciences ont été identifiées comme une des variables associées au désintérêt des élèves (Bøe et al., 2011; Fensham, 2018; OCDE, 2018b; Riga, Winterbottom, Harris & Newby, 2016) et la meilleure variable prédictive de la performance en sciences (Mostafa, Echazarra et Guillou, 2018). Cependant, peu de recherches portant sur les relations entre les pratiques pédagogiques en sciences, les variables motivationnelles et la performance en sciences des élèves de niveau secondaire au Canada ont été identifiées dans la principale base de données en éducation (Education Resources Information Center, 2019, 28 janvier).
Le modèle hiérarchique de la motivation (Vallerand, 1997) place la motivation au centre de la relation entre les facteurs contextuels, dont les pratiques pédagogiques sont un élément, et les conséquences, dont la performance est un élément. Ce modèle permet l’étude des liens entre les pratiques pédagogiques, les variables motivationnelles et la performance en sciences. La présente recherche se propose d’explorer les effets directs et indirects des pratiques pédagogiques ainsi que les effets directs de la motivation sur la performance en sciences des élèves canadiens de 15 ans dans le cadre du PISA. Son objectif général est de tester un modèle théorique à l’échelle canadienne et de vérifier la stabilité des liens de ce modèle à l’échelle des provinces et selon le sexe des élèves. Cette recherche, de nature quantitative, se base sur l’analyse secondaire des données de l’enquête PISA 2015.
Le chapitre premier présente la problématique de recherche. Il traite d’abord des enjeux liés aux sciences dans la société, puis à l’école. Il présente ensuite la performance en sciences des élèves canadiens, telle que mesurée par les enquêtes nationales et internationales, en soulevant les différences provinciales. Par la suite, les principaux résultats de recherche sur les variables motivationnelles et l’influence des pratiques pédagogiques y sont décrits. Le chapitre se termine par la présentation des objectifs généraux et des questions de recherche. Le deuxième chapitre précise le cadre théorique sur lequel le modèle théorique proposé repose, de même que les concepts clés associés aux données analysées. Les objectifs spécifiques du présent projet de recherche closent le chapitre. Le troisième chapitre présente l’échantillon et fournit quelques éléments d’information sur la collecte de données. La méthodologie d’analyse retenue pour le traitement des données, pour les analyses factorielles, pour la vérification du modèle théorique et l’invariance selon les provinces et le sexe des élèves y est également détaillée. Le chapitre quatre présente les résultats des analyses factorielles, suivis des statistiques descriptives associées aux variables d’intérêt, et des résultats des analyses acheminatoires et de l’invariance, alors que le chapitre cinq discute de ceux-ci. La discussion est suivie d’une synthèse de la recherche et des implications pour l’éducation scientifique tout en précisant les limites de l’interprétation des résultats obtenus.
Contexte de l’étude : le PISA
Le PISA est une évaluation internationale à grande échelle mise en œuvre par l’OCDE qui vise à mesurer les connaissances et les compétences des élèves de 15 ans dans trois domaines : en sciences, en mathématiques et en lecture. L’évaluation n’est associée à aucun curriculum, elle mesure la capacité des jeunes sur le point de terminer leur scolarité obligatoire à « utiliser leurs connaissances et compétences afin de relever les défis du monde réel » (O’Grady et al., 2016, p. 7).
Ce type d’évaluation vise l’établissement « d’un système de mesures généralisables à toutes les écoles et tous les systèmes scolaires » (Olsen & Lie, 2006, p. 12). Ces systèmes de mesure qui répondent à des impératifs de recherche et de politique efficace (Olsen & Lie, 2006) offrent des données riches dans le domaine éducatif (Demeuse, 2012; Lafontaine & Simon, 2008). Considérant le nombre de pays participants (79 pays en 2018) ainsi que le nombre de cycles complété (sept), le PISA produit une information utile à l’échelle internationale, en mettant en lumière certaines caractéristiques des systèmes éducatifs qui favorisent l’équité et l’efficacité (OCDE, 2016a). Au niveau national, les données permettent d’apprécier les répercussions des dispositifs mis en place d’un cycle à l’autre. Le PISA est considérée comme une évaluation à faible enjeu pour les élèves qui y participent (UNESCO, s.d.), c’est-à-dire qu’elle n’a pas de conséquences directes sur le dossier scolaire des élèves.
Les instruments de mesure sont développés en comité d’experts internationaux. Les processus méthodologiques de vérification des construits, d’échantillonnage, d’enquête et d’analyse sont détaillés notamment dans le rapport technique et le cadre d’évaluation de chacun des cycles (OCDE, 2015, 2018a). Parmi les éléments méthodologiques, notons l’utilisation d’un poids échantillonnal par élève, qui permet de tenir compte de l’erreur d’échantillonnage, et la structure matricielle du test en sciences. Cette structure implique que les élèves répondent à une combinaison restreinte d’items en sciences. Pour tenir compte des données manquantes, la production de dix valeurs plausibles générées par des modèles issus du cadre de la théorie de réponses aux items permet de produire un score moyen en sciences.
Le PISA suit un cycle de trois ans mis en place en 2000. Une attention particulière est portée en rotation sur l’un des trois domaines à chacune des évaluations, tout en maintenant
l’évaluation des deux autres domaines dits mineurs. En plus de l’évaluation cognitive en sciences, en mathématique et en lecture, le PISA récolte de l’information sur une variété de facteurs contextuels auprès des élèves eux-mêmes, des directions d’écoles et des gestionnaires des systèmes éducatifs. L’administration de ces évaluations, à intervalles réguliers, produit des données courantes actuelles pouvant être comparées au niveau international et au fil du temps.
Une mise à l’essai l’année précédant l’évaluation principale permet de vérifier les qualités psychométriques des instruments d’évaluation traduits et adaptés. Ainsi, le PISA 2006 était la troisième évaluation du PISA et portait pour la première fois prioritairement sur les sciences, tout en ayant la lecture et la mathématique en domaines mineurs. Une mise à l’essai s’était déroulée en 2005. Le PISA 2015 mettait l’accent sur l’évaluation des sciences pour la deuxième fois de l’histoire du PISA. Entièrement informatisé, l’instrument a notamment permis l’utilisation de simulations en sciences et la collecte d’information sur le contexte d’apprentissage des sciences. Il a été administré, suivant une procédure standardisée, à environ 540 000 élèves représentatifs des quelques 29 millions d’élèves des 72 pays et économies participants, et ce, dans plus de 45 langues. Au Canada, la mise en œuvre du PISA est assurée en partenariat avec le Conseil des ministres de l’Éducation (Canada) CMEC, mandaté par les provinces. Chacune des provinces s’est assurée d’avoir un échantillon de taille suffisante pour que les résultats puissent être analysés distinctement. Le PISA offre une base de travail solide pour étudier les relations entre certaines variables contextuelles et la performance en sciences.
Chapitre 1 – Problématique
La formation scientifique a deux objectifs, soit outiller le citoyen pour une participation active à la société technoscientifique et préparer la nouvelle génération de scientifiques. Afin d’assurer l’atteinte de ce double objectif, la formation en sciences est inscrite dans les curricula de la scolarité obligatoire. Au Canada, la plupart des provinces offrent un programme de sciences de la maternelle jusqu’à la fin du secondaire, alors qu’au Québec le programme combine les sciences et la technologie. Bien que les élèves canadiens de niveau secondaire affichent une performance en sciences supérieure à plusieurs pays comparables (The Conference Board of Canada, 2019b), ils sont relativement peu nombreux à se montrer intéressés par les études postsecondaires ou une carrière dans ces domaines (OCDE, 2018b). Pourtant, les résultats obtenus en sciences constitueraient un facteur déterminant dans le choix d’un programme scientifique (Cormier & Pronovost, 2016; Doray et al., 2003). Au Canada, comme dans plusieurs autres pays, le passage des élèves de l’école primaire vers l’école secondaire marque une baisse d’intérêt marquée envers les sciences (Barmby et al., 2008; Potvin & Hasni, 2014b). L’expérience scolaire des sciences, notamment les pratiques pédagogiques mises en œuvre en classe (Bøe et al., 2011), constituerait un important facteur d’influence sur l’intérêt ou le désintérêt des jeunes faces aux sciences (Fensham, 2007).
La motivation des élèves à l’égard des sciences permet de maintenir une curiosité et un désir de participation aux débats scientifiques présents dans une société démocratique. Elle est également importante dans la réussite et le processus de choix de carrière (Bye, Pushkar & Conway, 2007; Chanal & Guay, 2015; Osborne, Simon & Collins, 2003). Elle est directement influencée par les pratiques pédagogiques mises en place en classe de sciences. La présente recherche ne tente pas d’identifier les meilleures pratiques pédagogiques, mais aborde les effets de la fréquence de celles-ci sur certaines variables motivationnelles et sur la performance en sciences d’un point de vue macroscopique. Les résultats contribuent à mieux comprendre la réalité moyenne des élèves canadiens de 15 ans en classe de sciences, et peuvent nourrir la réflexion du personnel enseignant, des professeurs en formation initiale et des gestionnaires des systèmes d’éducation.
Ce chapitre présente d’abord les enjeux de la formation scientifique dans la société et la responsabilité de l’école à son égard. Par la suite, un bref portrait de l’évolution de la performance en sciences des élèves canadiens est brossé sur la base de trois enquêtes
nationales et internationales menées au cours des dernières années. Le chapitre se poursuit avec une recension des principaux résultats de recherche sur les variables motivationnelles des jeunes à l’égard des sciences, ainsi que sur les constats associés aux pratiques pédagogiques mises en œuvre en classe de sciences. Le chapitre se conclut par la présentation des objectifs généraux et des questions de recherche.
1.1 Les sciences et la société : entre culture et carrière
L’éducation scientifique concourt au développement d’une compétence citoyenne essentielle (Rychen & Salganik, 2003). Elle permet une participation éclairée aux débats sur des enjeux scientifiques, une meilleure compréhension des messages et de meilleurs outils pour détecter les discours erronés (Chastenay, Potvin, Riopel, Masson & Mercier, 2016). Elle assure également une meilleure mobilisation et un engagement des citoyennes et des citoyens dans des contextes de recherche, dont la demande est croissante (Lamy, 2017). Le développement d’une culture scientifique adéquate doit faire partie de l’instruction de tous les jeunes (Fensham, 2018; Millar & Osborne, 1998). De fait, dans de nombreux états, les sciences sont une composante du curriculum du primaire jusqu’à la fin de la scolarité obligatoire. Au Canada, cette culture « permet à l'élève de développer ses aptitudes liées à la recherche scientifique, de résoudre des problèmes, de prendre des décisions, d'avoir le goût d'apprendre sa vie durant et de maintenir un sens d'émerveillement du monde qui l'entoure » (CMEC, 1997, section 2).
En plus des besoins strictement associés à une culture scientifique citoyenne, l’engagement dans les domaines associés aux sciences permet de combler des besoins actuels et futurs de postes dans plusieurs domaines spécialisés tels que l’énergie renouvelable et les soins de santé efficace. La croissance des besoins de main-d’œuvre dans les domaines scientifiques demeure toutefois une préoccupation pour plusieurs pays (CST, 2002; OCDE, 2008). Ainsi, les diplômés de l’enseignement supérieur dans les secteurs associés aux sciences2 représentent environ le tiers de l’ensemble des diplômés dans les pays membres
de l’OCDE. Cette proportion est demeurée stable entre 2005 et 2012, mais a toutefois cru dans certains pays membres du G203 tel la Chine et l’Inde (OCDE, 2013). Pour les pays
membres de l’OCDE et du G20, l’OCDE prévoit qu’en 2030, la Chine et l’Inde compteront
2 L’OCDE réfère plus précisément au secteur des STIM : sciences, technologie, ingénierie et mathématique.
3 Les pays membres du G20 sont : l'Afrique du Sud, l'Allemagne, l'Arabie Saoudite, l'Argentine, l'Australie, le Brésil, le
Canada, la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis, la France, l'Inde, l'Indonésie, l'Italie, le Japon, le Mexique, le Royaume-Uni, la Russie, la Turquie et l'Union européenne.
plus de 60 % des diplômés de l’enseignement supérieur dans les secteurs associés aux sciences, alors que l’Europe et les États-Unis seront loin derrière avec respectivement 8 % et 4 % des diplômés.
La position mondiale du Canada est passée de la 19e à la 17e au chapitre du nombre de
titulaires de doctorats en sciences et en génie entre 2006 et 2012, mais a glissé de la 14e à
la 16e place en ce qui a trait au nombre des autres diplômés dans les domaines scientifiques
(Conseil des sciences, de la technologie et de l'innovation CSTI, 2015). Au Québec, 20,3 % des diplômés universitaires ont obtenu leur diplôme dans les domaines des sciences naturelles et du génie en 2014 alors que la moyenne canadienne s’établissait à 22,3 % (MESI, 2017). Le CST (2002) s’inquiétait de la relève dans les domaines scientifiques au regard des secteurs de haute technicité retenu comme créneau stratégique de développement économique. Afin de répondre notamment à ces priorités économiques, le ministère de l’Éducation et de l’Enseignement supérieur (MEES) cible une augmentation de 2 % du nombre d’étudiantes et d’étudiants s’engageant dans des programmes de nature scientifique dans son plan stratégique 2017-2022 (MEES, 2018), ce qui parait ambitieux dans ce contexte.
En plus de différences à l’échelle des provinces canadiennes, des différences entre les sexes s’observent dans les domaines d’études et les professions, les hommes étant plus susceptibles d’être diplômés dans les secteurs associés aux sciences (OCDE, 2018b). L’éducation des femmes dans le domaine des sciences fait l’objet d’une attention particulière considérant que l’amélioration de leur niveau de culture scientifique devient une opportunité d’émancipation, de liberté économique (Bøe et al., 2011; UNESCO, 2017; Parlons sciences & AMGEN Canada, 2012). L’UNESCO recense environ 35 % de filles étudiant dans les disciplines associées aux sciences4 (UNESCO, 2017). Au Québec, la plus
récente enquête du Programme d’évaluation internationale des compétences des adultes (PEICA) confirme que les femmes « se concentrent davantage dans le domaine de l’univers social et des langues (59 % contre 43 % pour les hommes) ainsi que dans celui de la santé et du bien-être (17 % contre environ 4 % pour les hommes). Le domaine des mathématiques, de la technologie et des sciences attire plus les hommes (46 % contre 16 % chez les femmes) » (Desrosiers et al., 2015, p. 94). Cette polarisation pourrait avoir des incidences sur le taux d’emploi des femmes puisqu’au Canada, les titulaires d’un diplôme
d’études en sciences affichent un taux d’emploi variant entre trois et 14 points de pourcentage plus élevé, selon le niveau d’étude, que celui des titulaires d’un diplôme dans d’autres champs d’études (CMEC, 2016). Bøe et al. (2011) indiquent que les aspects socioculturels composent le facteur le plus puissant pour expliquer les différences de participation aux secteurs associés aux sciences entre les sexes, mais la taille d’effet reste faible.
1.2
Les sciences et l’école : entre culture et carrière
Les responsables des politiques publiques de plusieurs états ont restructuré les programmes d’étude en sciences, au tournant du siècle, afin de concilier la nécessité de développer une culture scientifique de base avec celle de stimuler les carrières dans ces domaines. Ceux-ci se distinguent notamment par un contenu scientifique transdisciplinaire et la mise en œuvre de démarches scientifiques authentiques. Ainsi, les programmes mettent généralement l’emphase sur l’expérience et proposent de nouveaux modèles pédagogiques (Millar & Osborne, 1998; National Research Council, 1996). Les pratiques pédagogiques engageantes pour les élèves requièrent une coordination entre acquisition de savoirs et développement de compétences (Jiménez-Aleixandre & Crujeiras, 2016). Le cadre de travail du National Research Council des États-Unis identifie trois sphères de pratiques pédagogiques engageantes: l’investigation scientifique, l’évaluation critique (des données, des explications, des alternatives), le développement d’explication et de solutions (Jiménez-Aleixandre & Crujeiras). Au Canada, le CMEC précise que l’apprentissage des sciences « s'appuie sur l'existence d'un milieu pédagogique favorisant chez l'élève le désir de réaliser des recherches scientifiques, de résoudre des problèmes et de prendre des décisions. » (CMEC, 1997, p. 2). Au Québec le programme de sciences et technologie mise également sur la participation active des élèves, « qui sont appelés à faire preuve d’initiative, de créativité et d’autonomie, mais aussi d’esprit critique et de rigueur » (Ministère de l'Éducation, du Loisir et du Sport MELS, 2007, p. 6). Les programmes de sciences au primaire et au secondaire privilégient notamment la pédagogie de la découverte et l’expérimentation pour amener les élèves à être actif dans leurs apprentissages (Conseil de l'éducation supérieur, 2015).
Malgré les changements aux curricula, l’enseignement des sciences en contexte scolaire demeure toutefois traditionnel à travers de nombreux pays, utilisant des pratiques pédagogiques et des contenus peu engageants (Bøe et al., 2011; Lyons, 2006;
OCDE, 2018a). Même si les approches pédagogiques d’investigation scientifique ont été encouragées en classe de sciences depuis 50 ans, la recherche suggère qu’elles sont encore peu utilisées, que l’enseignement est souvent centrée sur l’enseignant et basé sur l’utilisation de manuels scolaires (Riga et al., 2016). Au Québec, le CST (2002) relevait certaines critiques envers l’école québécoise, notamment à l’égard des manières d’enseigner et la préparation des enseignants. Le conseil indique également que l’école « entretiendrait une image positiviste des sciences, plutôt que de les présenter comme une démarche imaginative, réflexive et interrogative. Les enseignants privilégieraient la précision et la production d’une réponse juste, au détriment du processus d’investigation et d’une vision critique des sciences » (2002, p. 76). Parmi les recommandations présentées dans le rapport, mentionnons celle d’utiliser davantage les méthodes pédagogiques axées sur l’investigation. Malgré la mise en œuvre du nouveau programme québécois de sciences au secondaire en 2005, le conseil supérieur de l’Éducation (2013) indique que l’enseignement magistral demeure la pratique la plus répandue. Le MESI (2017) rappelait lui aussi l’importance de développer le travail en équipe, l’investigation et les méthodes de résolution de problème dès le plus jeune âge.
Entre les visées politiques inscrites dans les programmes d’études et la mise en œuvre des méthodes pédagogiques préconisées, l’école stimule ou plombe l’attitude et l’intérêt des élèves à l’égard de l’apprentissage des sciences. Pour plusieurs auteurs, l’expérience scolaire des sciences, notamment le fait d’apprécier une matière ou un enseignant, ou d’obtenir de bons résultats, influence de façon importante le choix du programme d’étude (Doray et al., 2003; Osborne et al., 2003). Au chapitre des bons résultats, il est d’ailleurs courant au Québec de favoriser l’inscription aux cours de sciences de 5e secondaire, telles
la chimie et la physique, aux élèves les plus performants. Ces cours optionnels peuvent être des préalables à l’inscription de plusieurs programmes collégiaux. Cette sélection concourt à l’idée que la performance revêt une grande importance dans les domaines scientifiques, une vision qui s’inscrit dans une logique de préparation à des carrières scientifiques plutôt que dans développement personnel d’une culture scientifique d’un plus grand nombre (Doray et al., 2003).
1.3 La performance en sciences des élèves de 12 à 15 ans: le
Canada bien positionné
L’éducation au Canada est une prérogative provinciale, les contenus ainsi que les méthodes pédagogiques à privilégier sont du ressort de chaque province. Au Canada, les cours de sciences sont généralement obligatoires jusqu’à la 10e année/4e secondaire et la réussite
de certains cours de sciences est requise pour l’obtention du diplôme d’études secondaires (Parlons sciences & AMGEN Canada, 2012). Les évaluations confirmant l’atteinte des objectifs d’apprentissages en sciences sont du ressort de différents paliers administratifs (écoles, conseils ou commissions scolaires, ministères). Au Québec, la qualification, l’un des trois axes de la mission de l’école québécoise (Ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport, 2007), repose sur la passation d’épreuves uniformisées, et les résultats à ces épreuves font partie des indicateurs de l’éducation.
La réussite scolaire est souvent associée aux résultats (Astolfi, 2006). Considérant la performance comme un indicateur de la réussite en éducation (Bissonnette, Richard, Gauthier & Bouchard, 2010; MEES, 2020), la comparaison de la performance en sciences des élèves canadiens à partir des résultats obtenus à trois enquêtes nationales et internationales permet de situer les provinces dans le contexte canadien et international. Les enquêtes comparatives à grande échelle mesurent les acquis des élèves dans un domaine, assurent la comparabilité des données et la production d’indicateurs reconnus aux yeux des différents acteurs du système d’éducation (Lafontaine et Simon, 2008). À la lumière des résultats d’enquêtes nationales et internationales tel le Programme international pour le suivi des acquis des élèves (PISA), l’étude Tendance de l’enquête internationale sur les mathématiques et les sciences (TIMSS en anglais) et le Programme pancanadien d’évaluation (PPCE), les élèves canadiens de niveau secondaire démontrent de bonnes performances en sciences (Brochu, O'Grady, Scerbina, Khan & Muhe, 2017; O’Grady et al., 2016; O’Grady & Houme, 2015), et donc témoignent de la réussite relative de la formation scientifique obligatoire au Canada.
Le PISA est une enquête ciblant les élèves de 15 ans qui suit un cycle de trois ans depuis 2000. Le score moyen canadien en sciences obtenu au PISA en 2018 positionne les élèves canadiens au-dessus de la moyenne de l’OCDE. De fait, sur 79 pays ayant participé au PISA, seuls cinq surpassent statistiquement le score moyen canadien (O’Grady et al., 2019). Au Canada, aucune différence statistiquement significative n’est observée entre les
sexes sur le plan de la performance en sciences au PISA 2018. Le rendement en sciences a cependant connu une baisse statistiquement significative entre 2015 et 2018 au Canada, et le même constat s’applique aux provinces de la Colombie-Britannique et du Québec. Cette diminution du rendement en sciences au Canada s’accompagne d’une augmentation de la proportion d’élèves qui n’atteignent pas le seuil minimal de compétences en sciences jugé requis par l’OCDE pour une pleine participation à la société moderne (O’Grady et al., 2019).
La TIMSS, qui cible les élèves de la 4e année du primaire ainsi que les élèves de
8e année/2e secondaire, évalue la mathématique et les sciences depuis 1995 suivant un
cycle de quatre ans. L’Ontario et le Québec sont les deux seules provinces ayant participé à la dernière enquête dont les résultats sont publiés, soit celle de 2015. Les scores moyens obtenus par les élèves de ces provinces en 2015 les placent au-dessus de la moyenne des 39 pays participants (Mullis, Martin, Foy & Hooper, 2016). Il n’y a pas de différences selon le sexe sur le plan de la performance en sciences à la TIMSS 2015 dans les provinces participantes. Les résultats se sont avérés stables entre 2007 et 2015 pour l’Ontario, alors qu’ils se sont améliorés pour le Québec (Brochu et al., 2017). Toutefois, les taux de participation au Québec n’étant pas conformes aux lignes directrices de la TIMSS, les résultats doivent être interprétés avec prudence en raison de la possibilité d’un biais de non-réponse.
Finalement, le PPCE est une enquête nationale, ciblant les élèves de 8e année/2e secondaire, qui suit un cycle de trois ans depuis 2007. L’année 2013 fut
consacrée majoritairement à l’évaluation des sciences. Selon les résultats de cette enquête, les élèves de l’Alberta et de l’Ontario se démarquaient par une performance en sciences statistiquement supérieure à la moyenne canadienne, les élèves de la Colombie-Britannique et de Terre-Neuve-et-Labrador se situaient dans la moyenne canadienne, alors que les performances des autres provinces étaient inférieures à la moyenne canadienne (O’Grady & Houme, 2015). Au PPCE 2013, la performance en sciences ne différait pas selon le sexe. Le déclin de la performance en sciences des élèves québécois au PPCE 2013 a amené le gouvernement du Québec à mandater le conseil supérieur de l’Éducation pour se pencher sur l’enseignement des sciences et de la technologie au primaire et au secondaire. Dans son rapport, le Conseil (2015) reconnaissait, entre autres, la nécessité de rehausser le statut
de l’enseignement des sciences5 au primaire et recommandait de mettre sur pied un centre
national de soutien à l’enseignement des sciences. Le Conseil recommandait également la mise en place de pratiques structurées d’évaluation de l’enseignement et de l’apprentissage des sciences.
Le Canada affiche un haut niveau de performance en sciences à l’échelle internationale, mais des différences s’observent à l’échelle nationale en fonction des enquêtes. Plusieurs composantes de l’environnement scolaire varient d’une province à l’autre, notamment le curriculum, les pratiques d’évaluation sommatives et certaines caractéristiques socioculturelles. Malgré les bonnes performances des élèves canadiens en sciences sur la scène internationale, leur intérêt à poursuivre une formation scientifique au cours des dernières années du secondaire, ainsi qu’au niveau postsecondaire, n’est pas aussi marqué qu’ailleurs (Parlons sciences & AMGEN Canada, 2012).
1.4
Les attitudes des jeunes à l’égard des sciences :
une préoccupation nationale et internationale
Le désengagement des jeunes envers les sciences enseignées à l’école est abordé par l’étude de leurs attitudes et de l’intérêt général qu’ils portent aux sciences. Les écrits scientifiques consultés ne définissent pas toujours les concepts utilisés. La présente étude situe le concept d’attitude comme un positionnement interne positif ou négatif à l’égard d’une entité donnée, telles les sciences, et l’attitude exerce une influence sur la motivation (Lafontaine, 2008). La motivation comprend elle-même différents types notamment la motivation intrinsèque, déclenchée par l’intérêt ou le plaisir suscité par une activité, et la motivation extrinsèque, déclenchée en fonction des conséquences externes à l’activité (Ryan & Deci, 2000). La présente sous-section aborde les préoccupations à l’égard de l’attitude et de l’intérêt général des jeunes envers les sciences, avant d’explorer les préoccupations liées aux différentes variables motivationnelles6 retenues dans la présente
étude.
Le projet Relevance of Science Education (ROSE), ayant comme objectif principal de documenter l’attitude des jeunes à l’égard des sciences ainsi que leur intérêt envers différents sujets scientifiques, a sondé des jeunes de 15 ans dans 33 pays européens,
5 Le conseil supérieur de l’Éducation réfère plus précisément aux sciences et technologies (S&T).
6 La présente étude se concentre sur les effets mesurés de l’intérêt et du plaisir, comme éléments de la motivation
africains et asiatiques. Il en résulte que bien que les attitudes envers les sciences soient globalement positives, l’intérêt envers la science scolaire est moindre dans les pays plus riches et une différence entre les sexes des élèves s’observe davantage (Sjøberg & Schreiner, 2019). L’intérêt envers les sciences dans les pays développés doit cependant être comparé à celui d’alternatives plus nombreuses et plus attractives, et doit aussi tenir compte des attitudes sociales et des perspectives d’emploi (Fensham, 2007). Osborne et
al. (2003) soulignent que bien que les jeunes de niveau secondaire puissent avoir une
perception positive des sciences en général, probablement parce qu’elle est davantage associée à la technologie qui les entoure, la perception des sciences enseignées à l’école est relativement négative en comparaison aux autres disciplines scolaires. Une proportion élevée des élèves de niveau secondaire considère que les sciences à l’école sont carrément ennuyantes (Osborne et al., 2003).
Malgré les changements apportés aux programmes de sciences, plusieurs études et rapports soulignent le désengagement croissant des jeunes pour les sciences depuis près de trois décennies, plus spécialement dans les pays industrialisés (CST, 2002; Holmes, Gore, Smith & Lloyd, 2018; Koballa & Glynn, 2007; OCDE, 2008, 2018b; Potvin & Hasni, 2014a; Savelsbergh et al., 2016). Des recensions des écrits scientifiques portant sur les attitudes à l’égard des sciences semblent démontrer, notamment, que l’intérêt général décroit de façon importante lors de la transition du primaire vers le secondaire, que ce déclin semble plus marqué dans des contextes pédagogiques dits « traditionnels » (Osborne et
al., 2003; Potvin & Hasni, 2014a). Selon Fensham (2007), quelques causes émergent
d’études qualitatives menées dans différents pays : le caractère transmissif de l’apprentissage des sciences en classe; les contenus abstraits et non reliés à la vie quotidienne des élèves; la perception que les disciplines scientifiques sont parmi les sujets les plus difficiles des programmes d’études. Barmby et al. (2008) ont étudié le déclin de l’attitude envers les sciences de la 7e à la 9e année. Durant cette période, l’intérêt global des
élèves envers les sciences décline, et plus fortement chez les filles. Cependant, une analyse plus fine révèle que l’intérêt envers les travaux pratiques en sciences est demeuré élevé alors que l’intérêt pour l’apprentissage des sciences en classe s’est grandement détérioré. L’étude de Potvin et Hasni (2014b) confirme ce déclin de l’intérêt des élèves envers les sciences enseignées à l’école au Québec, particulièrement lors du passage du primaire au secondaire.
Bøe et al. (2011) indiquent que le déclin de l’attitude envers les sciences s’observe aux moments des décisions stratégiques dans le parcours scolaire, soient au niveau secondaire lors du choix des cours optionnels à partir de 15-16 ans généralement, ainsi que lors de la transition vers l’éducation postsecondaire. Le passage vers les études postsecondaires dans les domaines scientifiques au Québec ne souffre pas d’une baisse d’intérêt (Cormier & Pronovost, 2016; Doray et al., 2003), considérant que les inscriptions se sont plutôt stabilisées au cours des dernières décennies, un statu quo observé également à l’échelle canadienne (Parlons sciences & AMGEN Canada, 2012). Certains auteurs identifient cependant un problème de persévérance dans les domaines scientifiques des niveaux post-secondaires, les étudiants quittant leur programme d’étude sans obtenir de diplôme (Cormier & Pronovost, 2016; Doray et al., 2003; Bourque, Doray, Bégin & Gourdes-Vachon, 2010).
L’explication du déclin de l’intérêt envers les sciences lors du passage de l’école primaire vers l’école secondaire peut être abordée suivant trois angles (Krapp & Prenzel, 2011): 1) l’intérêt est principalement rattaché à la qualité de l’environnement d’apprentissage, et celui-ci répond dans un moindre degré aux désirs actuels des élèves; 2) l’intérêt varie en fonction du développement psychologique des adolescents, qui tendent à prioriser davantage les tâches associées au développement de nouveaux comportements plutôt que d’investir leurs énergies dans les apprentissages académiques; 3) l’intérêt se modifie lors du processus de différentiation sur la base de l’évaluation critique que l’adolescent fait de ses habiletés et intérêts en sciences en fonction de l’idéal personnel. Le premier angle offre un levier d’action pour les responsables des politiques publiques. Il s’avère donc pertinent d’explorer en quoi l’environnement d’apprentissage peut être lié à la motivation en mesurant son effet sur l’intérêt envers les sciences.
1.4.1 Motivation des jeunes à l’égard des sciences : constats.
La motivation des jeunes à apprendre les sciences, avec la complexité conceptuelle qui lui est associée, a fait et fait toujours l’objet de recherche (Bøe et al., 2011; OCDE, 2016b; UNESCO, 2017; Osborne et al., 2003; Potvin & Hasni, 2014a; Savelsbergh et al., 2016). La création de la Chaire de recherche sur l’intérêt des jeunes à l’égard des sciences et de la technologie au tournant des années 2010 au Québec illustre le besoin de recherche dans
ce domaine (http://www.crijest.org/). Certains constats sur les relations entre la performance en sciences et les différentes variables motivationnelles7 sont présentés ci-après.
La réussite scolaire passant par les résultats, l’influence de la motivation sur la performance scolaire s’avère largement étudiée (Chanal & Guay, 2015; Chédru, 2016; Guay, Ratelle & Chanal, 2008). Une méta-analyse de Weinburgh (1995) suggère une faible corrélation entre l’attitude envers les sciences et la performance, mais une relation plus forte chez les filles les plus performantes et les moins performantes. Chow et Yong (2013) ont démontré des différences significatives dans les niveaux de motivation à apprendre les sciences générales entre les élèves très forts et les élèves très faibles, les premiers affichant des niveaux plus élevés. Dans la recension des écrits scientifiques de Potvin et Hasni (2014a), la moitié des articles retenus démontraient une corrélation, parfois même fortement positive, entre les variables motivationnelles et la performance. Pour l’OCDE, la motivation est associée positivement avec la performance, mais l’importance de la corrélation varie beaucoup d’un pays à l’autre (2016b). Fensham (2007), abordant les évaluations à grande échelle, indique que la performance dans un domaine scientifique ne corrèle pas nécessairement avec l’intérêt, associé à la motivation intrinsèque. La nature du lien causal ne fait pas consensus, attitudes, motivations et performance sont inextricablement liés dans une interaction complexe (Osborne et al., 2003; Potvin & Hasni, 2014a).
La recherche sur les attitudes et la motivation des jeunes à l’égard des sciences s’avère variée, tant en termes de dimensions évaluées que de résultats peu généralisés. En ce qui concerne les concepts de motivation et d’intérêt, Potvin et Hasni (2014a) notent que ces termes, auxquels l’attitude s’ajoute, sont parfois utilisés comme des synonymes. Osborne
et al. (2003), dans une recension des écrits scientifiques largement citée, identifient les
composantes les plus utilisées dans la mesure des attitudes à l’égard des sciences et parmi celles-ci, on retrouve la motivation et le plaisir. Pour Bøe et al. (2011), les concepts se chevauchent de façon plus ou moins importante selon la théorie ou les études empiriques consultées.
L’intérêt envers les sciences peut être considéré comme un prédicteur de la performance et du choix de carrière et influencerait l’apprentissage tout au long de la vie (Nugent et al., 2015; OCDE, 2018a). Il semble que cette association soit plus forte chez les filles que chez
7 La présente étude se concentre sur les effets mesurés de l’intérêt et du plaisir, comme éléments de la motivation
les garçons (Weinburgh, 2003). Potvin et Hasni (2014a) indiquent qu’il n’y a pas de différences entre les filles et les garçons sur le plan de l’intérêt global envers les sciences. Des différences apparaissent plus clairement sur le plan des disciplines scientifiques. Selon l’OCDE, les garçons s’intéressent davantage à la physique et à la chimie, tandis que les filles ont un plus grand intérêt pour la santé (2016b). De leur côté, Buccheri, Gürber et Brühwiler (2011) ont démontré empiriquement que l’intérêt envers les différentes disciplines scientifiques se différencie selon le sexe des élèves, mais ne supporte que partiellement le choix de carrière dans les domaines technico-scientifiques. Bye et al. (2007) ont démontré que l’intérêt, en tant que variable positionnée dans la théorie des émotions différentielles, prédit des résultats positifs analogues, en termes d’engagement profond et soutenu dans une tâche, que la motivation intrinsèque. Les auteurs distinguent les effets de l’intérêt individuel et de l’intérêt situationnel.
Dans le domaine de l’éducation scientifique, Lam et Lau (2014) ont identifié le plaisir comme l’un des principaux prédicteurs de la performance en sciences chez les élèves de Hong-Kong parmi un ensemble de facteurs d’attitude. Pour Ainley et Ainley (2011), bien que le plaisir et l’intérêt fassent l’objet de construits distincts dans la littérature, leurs fonctions sont complémentaires. Les auteurs ont démontré l’existence d’associations positives entre la valeur personnelle accordée aux sciences, le plaisir des sciences, l’intérêt envers les sciences. Pour Ainley et Ainley (2011), l’association entre le plaisir et l’intérêt engage l’individu dans une expérience d’apprentissage, et favorise des comportements liés positivement à la performance.
L’engagement des élèves dans leurs apprentissages parce qu’ils considèrent la valeur utile de ceux-ci pour leurs carrières futures relève davantage de la motivation extrinsèque (OCDE, 2016b; Wigfield & Eccles, 2000). Pour Brault-Labbé et al. (2018), la motivation identifiée, une forme de motivation extrinsèque, est associée à l’engagement de l’élève dans ses apprentissages parce que le diplôme lui permet d’accéder à un emploi qu’il désire. La réussite d’un cours de sciences pour maintenir toutes les options d’études postsecondaires est présente dans le parcours scolaire des jeunes de niveau secondaire (Doray et al., 2003) et représente une forme de motivation extrinsèque. L’OCDE relève que l’indice mesurant la motivation extrinsèque chez les élèves de 15 ans a augmenté entre 2006 et 2015 dans une majorité de pays membres (OCDE, 2016b). Osborne et al. (2003) rapportent que les enseignants de sciences soulignent davantage la valeur instrumentale des sciences plutôt que la valeur culturelle des connaissances scientifiques, plus rattachée à la compétence
citoyenne. Alors que la motivation intrinsèque, associée à l’intérêt et au plaisir, influencerait positivement la performance académique, les effets de la motivation extrinsèque ne s’avèrent pas aussi évidents (Chédru & PICAR-T, 2013).
1.4.2 Motivation des jeunes à l’égard des sciences : facteurs d’influence.
Osborne et al. (2003) identifient les facteurs qui influencent principalement la motivation des jeunes à apprendre les sciences : le sexe des élèves, de loin le facteur le plus important, suivi de certaines variables environnementales telles que l’environnement d’apprentissage en classe.
1.4.2.1 Motivation et sexe des élèves.
Bien que plusieurs études semblent confirmer que les filles ont des attitudes moins positives envers les sciences (Koballa & Glynn, 2007; Schibeci & Riley, 1986; Sjøberg & Schreiner, 2019; Weinburgh, 1995), les différences s’affichent plus clairement lorsque les mesures portent sur l’intérêt envers des champs scientifiques précis tels que la physique, la chimie ou la biologie (Osborne et al., 2003; Potvin & Hasni, 2014a). Ainsi, la physique et la technologie seraient plus appréciées par les garçons, de même que les sujets liés à la Terre et l’espace (Buccheri et al., 2011; Dawson, 2000; Drechsel et al., 2011; Potvin & Hasni, 2014a). Les filles semblent préférer la biologie, ce qui se rattache au vivant (Buccheri et al., 2011; OCDE, 2016b). En classe, le type d’activités est associé à différents niveaux d’intérêt, les garçons préféreraient la conduite d’expériences alors que le travail en équipe et les exercices écrits seraient préférés par les filles (Owen, Dickson, Stanisstreet & Boyes, 2008). La thèse offerte pour expliquer les différences de motivation à l’égard des sciences entre les garçons et les filles repose sur la socialisation culturelle, qui offrirait moins d’opportunité aux filles de manipuler des objets techniques et d’utiliser des outils de mesures courants (Koballa & Glynn, 2007; Osborne et al., 2003). Christidou (2011) recense un grand nombre d’études portant sur le stéréotype de sexe où les élèves associent le sexe masculin aux personnes qui travaillent en sciences, où les filles perçoivent plus souvent les sciences comme abstraites, impersonnelles, résultant d’une production individuelle.
Si certains consensus se dégagent sur le déclin de l’intérêt lors du passage du primaire au secondaire ainsi que les attitudes globalement moins positives chez les filles, certaines divergences s’observent à d’autres niveaux. Ainsi, selon Osborne et al. (2003), les filles auraient une motivation intrinsèque plus élevée à l’égard de leur choix de cours, alors que
les garçons agiraient davantage sous l’effet de la motivation extrinsèque. Chow et Yong (2013) n’ont toutefois pas démontré de différence dans les niveaux de motivation intrinsèque et extrinsèque chez les filles et les garçons de niveau secondaire. De plus, le déclin de l’intérêt lors du passage du primaire au secondaire serait plus fort chez les filles que chez les garçons selon une étude de Barmby et al. (2008), alors que Potvin et Hasni (2014b) ne relèvent pas de différence significative. Christidou (2011) recommande de tenir compte du sexe des élèves lorsqu’on se penche sur les questions de motivation envers l’apprentissage des sciences.
1.4.2.2 Motivation et pratiques pédagogiques en classe de sciences.
Les conclusions de Fensham (2007) quant à un environnement d’apprentissage des sciences désengageant supportent l’hypothèse du déclin d’intérêt causé en partie par l’école elle-même. En ce qui concerne l’intérêt des filles envers les sciences, il serait plus fortement lié à l’expérience scolaire que dans le cas des garçons (Maltese & Tai, 2010). Les pratiques pédagogiques sont, selon Mostafa et al. (2018), les meilleures variables prédictives de la performance des élèves, quelles que soient leurs caractéristiques. Les pratiques pédagogiques, et plus particulièrement la perception qu’en ont les élèves, agissent sur certaines variables affectives, telles que l’intérêt et le plaisir, qui, à leur tour, influencent l’engagement des élèves (Patall, Vasquez, Steingut, Trimble et Pituch, 2018). Les pratiques pédagogiques qui permettent de mieux saisir la valeur des apprentissages en cours et qui réduisent la perception des difficultés associées à l’engagement dans une tâche influencent positivement la motivation extrinsèque (Wigfield & Eccles, 2000; Brault-Labbé et al., 2018). La recherche sur l’environnement d’apprentissage montre que la perception des élèves explique une plus grande partie de la variance des résultats d’apprentissage que les caractéristiques personnelles des élèves (Fraser, Tobin & McRobbie, 2012). Au-delà de la performance, la qualité de l’enseignement des sciences, dont le choix des pratiques pédagogiques à mettre en place, serait donc un déterminant signifiant des attitudes et de la motivation à apprendre les sciences à l’école (Osborne et al., 2003; Potvin & Hasni, 2014b). L’utilisation d’une variété de stratégies pédagogiques et des activités d’apprentissage originales auraient une influence positive sur les attitudes des élèves envers les sciences. Les résultats empiriques de Barmby et al. (2008) révèlent que l’intérêt envers les travaux pratiques en sciences demeure élevé même si l’intérêt général décroit entre la 7e et la
