CULTURE SCIENTIFIQUE ET SAVOIRS D’ACTION
Christian ORANGE
IUFM des Pays de la Loire, CREN Université de Nantes
MOTS-CLÉS : APPRENTISSAGE - CULTURE SCIENTIFIQUE - EXPERTISE EMPIRIQUE
RÉSUMÉ : Les relations entre culture scientifique et savoirs d'action posent un double problème
didactique : celui de la pratique théorique et celui de l'expertise empirique des élèves. Après avoir présenté rapidement ces deux aspects des relations entre culture scientifique et savoirs d'action, nous développons particulièrement le second et ses conséquences sur les conditions de possibilité d'une culture scientifique scolaire.
ABSTRACT : Some relations between "critical scientific culture" and "practical knowledge" are
presented and questionned. What consequences for scientific education ?
1. LES EXIGENCES D’UNE CULTURE SCIENTIFIQUE CRITIQUE
Les didacticiens l'on rappelé à de nombreuses reprises (Astolfi & al., 1978 ; Rumelhard, 1986), à la suite de Gaston Bachelard : l'enseignement scientifique ne peut se réduire à une simple transmission des résultats de la science. La solution la plus immédiate est alors d'y ajouter l'apprentissage d'une démarche ou de compétences méthodologiques générales : c'est ce qui est proposé depuis plusieurs années dans l'enseignement français des Sciences de la Vie et de la Terre. Or, selon les épistémologies « constructivistes » qui servent de référence aux recherches didactiques, ce n'est pas davantage acceptable :
- Il n'est pas possible de formuler une méthode séparément des recherches dont elle est issue (Canguilhem, 1968) ; l'apprentissage de méthodes ou de démarches générales n'a donc aucun sens. - "La connaissance scientifique se dénature lorsqu'elle efface ou oublie les conditions de sa propre production" (Roqueplo, 1974) ; elle ne peut donc prendre la forme de propositions juxtaposées à des savoir-faire décontextualisés.
L'acquisition d'une culture scientifique critique, où les savoirs fonctionnent comme de véritables outils intellectuels, conduit alors à la double exigence que signale Roqueplo (1974) :
- L'accès des élèves à une véritable pratique théorique. Ce point, bien repéré dans les travaux didactiques (Astolfi, 1992 ; Orange, 1997), a donné lieu ces dernières années à des recherches importantes sur l'apprentissage de la modélisation (voir, par exemple, Martinand & al., 1992). - La possibilité pour ces élèves "d'habiter expérimentalement un protocole d'expérience" (Roqueplo, 1974), ce qui ne peut se faire sans une véritable pratique empirique. Ce point a également été l’objet de différentes recherches didactiques.
Ces deux conditions de possibilité d'une culture scientifique ne doivent pas être confondues avec la dichotomie "connaissances/méthodes" dénoncée plus haut. Chacune d'elles renvoie à une articulation étroite de savoirs théoriques, explicitables et universels, et de savoirs que l'on peut qualifier, pour simplifier, de « savoirs pratiques » ou de « savoir d’action » (Barbier, 1996). C'est la question de la pratique empirique et des savoirs qu'elle met en jeu que nous développerons ici. Nous voulons le faire à partir du constat suivant : les activités pratiques et la relation au concret sont très généralement données dans l'enseignement comme synonymes de simplicité et d'évidence, par opposition au "théorique" et à "l'abstrait" ; cette idée contraste fort avec le temps et le travail que demande au scientifique la maîtrise empirique de son domaine d'étude. Pour parler des savoirs en jeu dans les investigations empiriques, nous avons distingué, à côté des savoirs théoriques, explicitables et décontextualisés, des "savoirs pratiques" ou "savoirs d’action". Nous savons bien que de telles distinctions sont fortement discutées et qu’on ne peut pas penser la conceptualisation sans pratique ni la pratique sans une certaine conceptualisation. Mais, sans vouloir aucunement régler la question, il reste nécessaire didactiquement de bien repérer que tous les savoirs qui interviennent dans la culture scientifique de sont pas de même nature.
2. SAVOIRS ET PRATIQUES EMPIRIQUES DES CHERCHEURS
Nous voulons montrer la variété des savoirs en jeu dans les investigations empiriques des chercheurs, pour questionner les conditions d'accès des élèves à une culture scientifique dont on a vu que la pratique empirique fait nécessairement partie. Nous allons nous appuyer essentiellement sur un exemple, celui d'un pétrologue, directeur de recherche au CNRS, spécialiste du métamorphisme haute pression. Ce cas est intéressant car les investigations empiriques de ce scientifique concernent aussi bien des pratiques de laboratoire que des pratiques de terrain, deux formes fondamentales des relations au « réel » en SVT. Nous utilisons un long entretien que nous avons eu avec lui au sujet de sa double pratique empirique.
Nous retenons quatre catégories de situations problématiques, liées aux investigations empiriques. Deux concernent le travail expérimental, où le chercheur mène des expériences avec des autoclaves pour déterminer les conditions de stabilité de minéraux ou d'associations minérales ; deux concernent le travail de terrain : recueils d’échantillons et analyses de lames minces.
2.1 La maîtrise des dispositifs techniques
L'extrait suivant concerne les difficultés à lancer l'utilisation d'une nouvelle machine (autoclave).
« Il faut aussi que l’alimentation électrique puisse passer à travers ça par exemple et que ce ne soit pas des points de faiblesse pour l’étanchéité. La pression est de 10 Kbar là-dedans. On n’y est pas arrivé encore pour des problèmes bêtement de tuyauteries, d’étanchéité… Quelquefois il faut passer un an pour mettre la machine en état et être capable de faire les premières manips… La pétro expérimentale, il y a un côté les mains dans le cambouis ; passer du temps pour que la machine marche, pour pouvoir commencer à faire une expérience. »
Ce qui est évoqué ici, ce sont des savoirs techniques, pour certains communs à tous les autoclaves et pour d'autres spécifiques de chaque nouvelle machine. La meilleure preuve que ces savoirs d'action ne sont pas totalement explicitables, c'est qu'ils ne peuvent se réduire au mode d'emploi de la machine et exigent parfois la venue d'un technicien expert dans le fonctionnement de ce matériel.
2.2 La maîtrise théorico-pratique des systèmes étudiés
Une fois la machine "maîtrisée", les expériences visant à déterminer des "courbes d'équilibre" posent d'autres difficultés.
Ces connaissances des systèmes étudiés peuvent s'exprimer en des termes théoriques (métastabilité, nucléation, germes…). Mais ces concepts sont accompagnés de savoirs d'action, acquis dans la pratique. Et cet ensemble est indissociable aussi bien pour mener des expériences que pour conduire la critique de résultats expérimentaux.
« C’est quelque chose qui fait partie de la cuisine de la démarche expérimentale et qui n’est pas du tout clair en général justement pour le géologue de terrain. Quand on ne s’est pas mouillé directement avec des manips d’encadrement de réaction pour déterminer une courbe, ce n’est pas un aspect du problème auquel on est sensible. La démarche à laquelle on pourrait penser : je prends un minéral A, je le mets à telle température et pression et je regarde s’il reste stable ou s'il casse. Et puis la limite du domaine où il casse et la limite du domaine où il est stable dire : c’est la courbe de réaction. Ca c'est faux, la courbe d’équilibre... Ca c’est faux, parce qu’il y a en plus la barrière de nucléation : pour que B plus C nucléent, grossissent, il faut être à une certaine distance de la courbe d’équilibre… Si on a A tout seul, on peut très bien garder A métastable, je ne sais pas, 50°, 100° au dessus de sa limite de stabilité. Les plus stables ont du mal à nucléer. »
2.3 Le choix des échantillons
Sur le terrain, les roches ne livrent pas beaucoup de minéraux intéressants à l'œil nu. Comment se fait alors la sélection des échantillons gardant la trace d'équilibres d'anciennes phases ?
« Alors le flair, c'est quand même une bonne partie d'expérience ; c'est d'avoir vu des cailloux… Les avoir vus ensuite en lames minces, savoir que tel minéral s'y trouve ou peut s'y trouver… Ce que je trouve symptomatique… c'est le nombre échantillons qu'on récolte en première année de thèse sur le terrain, en deuxième année de thèse, en troisième année et puis après. On passe de 500 à 250 puis… [15 ans après] quand je ramasse 30 échantillons, j'ai de quoi m'occuper en général pour année ou même plus…. Je pense que l’échantillonnage devient de plus en plus sélectif, plus biaisé puisque j’ai décidé a posteriori, après l’étude de tant de lames minces, que l’étude de tel caillou n’était pas intéressante et maintenant je ne l’échantillonne plus : dans tels types de roches déformées, il y a trop peu de chances d'avoir des associations de haute pression de conservées, donc je ne les regarde plus. »
Le chercheur parle ici d'une véritable expertise, concernant un terrain bien précis et un problème géologique délimité, qui n'a été acquise que sur un temps très long. Il s’agit de connaissances dont une grande partie est difficilement transmissible directement par la parole ou l'écrit.
2.4 La lecture des échantillons
À partir des échantillons, on fait des lames minces analysées au microscope (éventuellement à la microsonde). Il s'agit de déterminer les minéraux en présence, ce qui est assez banal, mais aussi de décider s'ils sont en équilibre et si cet équilibre correspond bien à la phase métamorphique étudiée.
« Par exemple, là l'albite, elle a beau être belle et bien cristallisée, je ne pense pas qu'elle fasse partie de la même association que ces quatre phases parce que j'ai vu dix cailloux à côté depuis du "pas déformé" jusqu'à du "un petit peu déformé" et puis j'ai vu que l'albite là elle n'existait pas mais… qu'il y avait une autre phase de haute pression à la place, et puis là j'ai vu des produits de transformation de cette phase : c'était une albite toute fibreuse, toute dégueulasse ; et puis là la roche, plus elle est déformée, plus elle est recristallisée, l'albite devient de plus en plus belle, dont je sais que là l'albite est une phase tardive. Alors que si je prends le caillou tout seul où il y a une belle albite et que le regarde de manière qui me paraisse objective, je dirai c'est un schiste à disthène-albite et disthène, albite et grenat font une belle paragenèse. Ca a l'air inattaquable… En fait, si je regarde ce même caillou avec l'expérience de dix autres cailloux voisins mais plus ou moins déformés, plus ou moins recristallisés, je peux arriver à une conclusion diamétralement opposée… Je dirais qu'il y a un peu cette sorte d'expertise texturale qui peut s'acquérir seulement sur le tas… »
Articulés au cadre théorique des réactions en milieu solide, les savoirs d'action en jeu ici concernent à la fois l'évaluation de l'état des minéraux de la lame mince et la connaissance de leur état dans de nombreuses roches de la région.
2.5 Conclusion
L'activité empirique du chercheur est à la fois pétrie de problématiques et de considérations théoriques, et armée par des savoirs pratiques, non totalement explicitables, qui résultent d'un long apprentissage. Chacun de ces savoirs n'est pas seulement nécessaire pour produire des faits, mais également pour avoir un regard critique sur cette production. Bien sûr il s'agit d'investigations empiriques pointues, qui ne sont pas directement comparables avec celles réalisées dans les classes. Mais, toute proportion gardée, on peut penser que l'entrelacement de ces différents savoirs existe également dans la pratique empirique des élèves, ce qui conduit à une tension problématique : - il semble nécessaire que les élèves acquièrent une certaine culture scientifique critique et, pour ce faire, ils doivent avoir une certaine maîtrise des pratiques expérimentales et/ou de terrain ; - les savoirs d'action nécessaires pour avoir une culture expérimentale ou de terrain sont longs à construire et souvent spécifiques, donc a priori difficiles à concilier avec le temps didactique consacré aux investigations empiriques.
3. SAVOIRS ET PRATIQUES EMPIRIQUES DES ÉLÈVES
3.1 Pratiques empiriques des élèves de lycée lors d'une sortie géologique
Nous prendrons le cas d'élèves de première S lors d'une sortie géologique effectuée en fin d'année, donc après les cours et les TP correspondants, dans la région de Flamanville (voir Orange & al., 1999). Des groupes d'élèves, qui travaillent à partir d'un document comprenant indications et questions, sont suivis par un accompagnateur, qui prend des notes, enregistre les échanges et, éventuellement, pose des questions. Nous nous limiterons à deux situations où les élèves cherchent des explications. Elles concernent un groupe de deux élèves, Florian et Mathieu, notés F. et M. L'accompagnateur est noté C. La première situation correspond à un moment ou, devant un talus de granite et d'arène granitique, les élèves doivent proposer (par écrit) une explication à la formation de l'arène. La transformation du granite en arène a été étudiée en cours et en TP, il y a quelques mois.
L'explication proposée ici par les élèves est fausse : l'arène contient des feldspaths. Ainsi, sur une question géologique relativement simple, les élèves n'ont pas la capacité de prendre sur le terrain des informations critiques, permettant de remettre en cause leurs explications.
F prend un échantillon d'arène
« F : C'est quoi l'explication de l'arène granitique ? M : C'est quelque chose qui s'en va avec l'eau. xxx
M : T'as comparé l'arène granitique au granite sain ?
F : Ben, il y a un truc qui manque, ouais, un composant qui manque, mais je ne sais pas lequel… Mais on l'avait vu en cours déjà ça
xxx
F : Y a l'altération du granite, y a un des composants qui s'en va. xxx
F : Vas-y regarde, tu pourras me le dire.
M : Le granite sain et ça ? Il y a encore du mica, le quartz. xxx
M : C'est les feldspaths… c'est les feldspaths qui partent. Yvan ? »
La seconde situation correspond à un problème qui n'a pas été étudié auparavant en classe : celui de la formation des filons de microgranite. C'est sur un questionnement de l'accompagnateur, devant un bloc de granite traversé par du microgranite, que les élèves abordent ce problème. Pour un géologue, "l'évidence" du terrain parle : le microgranite s'est mis en place après le granite. Les élèves mobilisent des savoirs théoriques et prennent des informations sur le terrain. Mais, là encore, la prégnance du modèle est marquée ; le travail empirique ne joue aucun rôle critique. Il manque aux élèves des savoirs pratiques pour lire ce terrain ; mais aussi des connaissances théoriques, sur le concept de filon, par exemple, leur permettant d'envisager différentes possibilités explicatives et de les confronter aux observations.
« C : Un truc comme ça, à votre avis comment ça a pu se mettre, comment ça a pu se former ? M : Florian ?
F : hein ?
M : Florian, dis-moi.
C : Non mais, à quel moment est-ce que ça s'est formé ? Après le granite ? Avant le granite ? M : Si c'était pas du granite.
F : Plutôt avant et quand le granite il s'est formé cette roche là elle a changé. C : C'est resté comme ça sans…
I : Ouais xxx
M et J : Parce que après… après c'est pas… C : Pourquoi ça vous gêne que ce soit après ?
M : On a formation d'un bloc compact de granite ; que… dedans… F : Oui, dedans, à l'intérieur…
xxx
3.2 Les difficultés des élèves dans les situations empiriques ouvertes
Dans ces deux situations, la maîtrise empirique des élèves est faible. C'est-à-dire qu'ils n'ont pas les moyens de mettre en tension les données empiriques avec leurs idées explicatives. Ce constat rejoint d'autres résultats de la recherche associative INRP sur la pratique expérimentale dans la classe (1995-1998, dirigée nationalement par Claudine Larcher). À chaque fois que les élèves sont devant une situation empirique ouverte, où ils ne se limitent pas à suivre une fiche de TP détaillée, des difficultés apparaissent qui relèvent d'un manque de connaissances précises du domaine et, de manière indissociable, d'une faiblesse des savoirs d'action sur ce domaine. Ainsi André Laugier (1998), qui étudie des élèves de seconde confrontés à un problème de mesure d'un volume de gaz, note-t-il "l'extrême maladresse des élèves dans l'utilisation du matériel, pourtant très simple" ; mais il remarque également : "La capacité à élaborer un protocole qui soit une solution du problème posé (mesurer le volume du gaz sans en perdre) suppose que les élèves soient en mesure de mobiliser les connaissances relatives aux propriétés des gaz et à leur comportement dans un liquide dans lequel ils sont insolubles". Schneeberger (1999) fait des constats très proches concernant des travaux sur la fermentation alcoolique (option Sciences Expérimentales, 1e S).
4. CONCLUSION
La culture scientifique ne peut se limiter à des savoirs théoriques. Ceux-ci sont inextricablement liés à des savoirs d’action. Dans leurs pratiques empiriques, les élèves, comme les scientifiques, utilisent une grande variété de connaissances, certaines relevant plutôt de savoirs théoriques et d'autres de savoirs d'action. Mais le manque de connaissances précises du domaine et de savoirs pratiques permettant de prendre des informations ou d'agir, donne aux premiers une faible autonomie et empêche leurs investigations empiriques de jouer un vrai rôle critique : leur expertise empirique est faible. Ces difficultés ne sont pas surprenantes quand on sait le temps et le travail qu’il faut aux scientifiques pour acquérir "cette somme de connaissances, d'expérience et de flair sans quoi on perd son temps" (Jacob, 1987). On peut trouver là une explication aux fonctionnements classiques (fiches, TP cadrés, monstrations) des pratiques empiriques en classe : ce sont les solutions les plus directes à ces difficultés. En proposer d'autres, plus conformes aux exigences d'une culture critique, passe certainement par des curricula où les élèves n'ont pas tout à maîtriser en même temps : nouveau champ conceptuel, nouveau domaine empirique, nouvelles techniques… Cela demande également de construire, pour les situations d'investigation empirique, des aides didactiques qui laissent aux élèves des espaces de décision.
BIBLIOGRAPHIE
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BARBIER J.-M. (dir.), Savoirs théoriques et savoirs d'action, Paris : PUF, 1996. CANGUILHEM G., Études d'histoire et de philosophie des sciences, Paris : Vrin, 1968. JACOB F., La statue intérieure, Paris : O. Jacob, 1987.
LAUGIER A. (dir.), Rapport de la recherche INRP/IUFM de Bordeaux (Chimie) sur « l’expérimental dans la classe », 1998.
MARTINAND J.-L. & al., Enseignement et apprentissage de la modélisation en sciences, Paris : INRP, 1992.
ORANGE C., BEORCHIA F., DUCROCQ P. & ORANGE D., "Réel de terrain", "réel de laboratoire" et construction de problèmes en SVT, Aster, 1999, 28, 107-128.
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