ARTICLES DE RECHERCHE

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de l'Institut National

de Recherche Pédagogique

Pierre LENA

Université Denis Diderot et Observatoire de Paris, 92195 MEUDON Cedex

Les savoirs s'accumulent à une échelle encore jamais atteinte. Non seulement leur volume croît, mais leur échanges s'intensifient par Ie jeu des bases de données, des réseaux informatiques à faible ou haut débit, de Ia mul- tiplication des publications scientifiques et colloques en tous genres. Dans Ie même temps s'accroît l'inégalité de l'accès au savoir, entre Ie Nord et Ie Sud à l'évidence, mais également au sein même des pays développés. Ce phéno- mène est particulièrement frappant lorsqu'il s'agit des savoirs scientifiques et techniques. Les maîtriser, ne serait-ce que modestement, favorise l'emploi, éclaire Ie jugement sur les choix de société, accroît Ia capacité d'en accom- pagner les mutations. Les ignorer isole, ouvre à l'illusion des pseudo-savoirs, fait perdre Ie contact avec Ia beauté et Ia complexité de Ia nature. Mais avec Ia complexification des savoirs, leur transmission est elle-même devenue plus difficile. Il ne suffit plus de décliner un ensemble de règles ou de connaissances. Le processus même d'apprentissage est devenu objet de science, de savoir et de savoir faire. C'est par une analyse fine de ces processus qu'augmente Ia productivité d'une entreprise, comme s'améliore Ie transfert de connaissances dans Ie système éducatif. On objectera volontiers que rien ne vaut un bon maître ou formateur, passionné de son sujet et tout entier dévoué à ses élèves. C'est vrai à coup sûr, l'amour de son prochain et de son métier n'a jamais fait de mal à personne. Pourtant, nous ne pouvons plus désormais

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Pierre LENA

ignorer que notre cerveau, quelle que soit son extraordinaire adaptabilité, ne fonctionne pas comme une machine désordonnée, que Ia pensée a ses règles, même si aujourd'hui celles-ci nous apparaissent encore comme largement in- déchiffrables, tels des hiéroglyphes. Voilà l'éducateur ou Ie maître confrontés à une problématique nouvelle. Certains improvisent brillamment, dotés par Ia naissance et l'entraînement d'un talent tel qu'il paraît soudain facile de "faire passer" Ia science. Hs montrent Ie chemin, sont Ia didactique en intuition, en acte. Mais ceux-là n'épuisent pas Ia nécessaire réflexion, l'expérience sur Ie terrain, l'analyse de ses conclusions, leur communication enfin. L'appareil théorique de Ia didactique peut paraître lourd à certains, voire un écran de fumée destiné surtout à masquer l'ignorance dans les disciplines concernées.

Le reproche est parfois fondé, mais il serait aussi imprudent de l'ignorer que de renoncer.

Rigueur de l'évaluation, confrontation internationale des recherches, exigence épistémologique, lien étroit entre ceux qui font Ie savoir et ceux qui Ie transmettent, voici les objectifs majeurs de cette nouvelle revue en langue française. Il faut qu'elle soit de haut niveau, et pourtant lisible : ce ne sera pas une mince affaire que d'assurer ainsi une communication, une percolation du savoir entre nos prix Nobel et Ia longue cohorte de ceux qui veulent moderni- ser notre enseignement des sciences et des techniques, restaurer Ie goût de Ia démarche expérimentale face à une abstraction qui fait fuir trop de jeunes.

Les Instituts Universitaires de Formation des Maîtres, étroitement liés à Ia recherche dans leurs Universités-partenaires, offrent l'occasion d'une étroite symbiose entre les formateurs, les futurs maîtres et ceux qui produisent Ie savoir « disciplinaire » dans ces Universités. Il n'est pas irréaliste d'attendre de cette fécondation mutuelle un renouveau de Ia recherche en éducation. Selon Ie "Robert", les Didascalies sont "les instructions données par Ie poète drama- tique à ses interprètes", nous dirions aujourd'hui les indications de mise en scène. Le beau titre de Didaskalia convoque tous ceux qui sont préoccupés de cette transmission des savoirs à cette mise en scène raffinée qu'est toujours un enseignement réussi.

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Jacques BESANÇON et Andrée TIBERGHIEN

Didaskalia, revue sur la communication et l'apprentissage, veut faire face au défi que représente aujourd'hui la formation scientifique et technique.

Plus particulièrement, il s'agit de contribuer au développement de la recherche en didactique des sciences et des techniques. En effet, la communauté scientifique correspondante est récente, elle a besoin de se renforcer tout en se si- tuant dans ses rapports avec les autres communautés scientifiques et avec les professionnels de la formation et de la diffusion des sciences et des techniques.

Cette revue se fixe plusieurs défis : publier des articles de recherche de haut niveau, être un lieu de débat scientifique et permettre ainsi le renfor- cement et l'ouverture de la communauté scientifique des didacticiens. Dans cette perspective, la revue présentera des articles de recherche et de syn- thèse, des points de vue, des innovations et bien sûr des notes de lecture et annonces de rencontres. A ces défis, la revue en ajoute un, celui d'utiliser la langue française.

Les articles de recherche présenteront le mieux possible les probléma- tiques et les méthodologies mises en œuvre, ces explicitations étant essentielles au débat. Ainsi, la revue participera à l'élaboration de théories indispensables au développement de la didactique.

Pour contribuer à la dynamique de la recherche, il nous a semblé important que puissent s'exprimer des "points de vue" sur la recherche et la formation émanant de différentes communautés de chercheurs, en particulier didactique, disciplines scientifiques et techniques, sciences cognitives. Nous visons ainsi à maintenir des liens entre les chercheurs en didactique d'une discipline et les praticiens de cette discipline. Par ailleurs, il s'agit de permettre à la didactique de participer au développement des sciences cognitives.

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J. BESANÇON et A. TIBERGHIEN

Nous avons tenu également à avoir une section "innovation". Cette section nous paraît tout aussi importante que les articles de recherche. On peut constater que les innovations sont particulièrement oubliées : elles sont peu publiées et, même dans ce cas, peu exploitées. Cette section vise à permettre leur présentation de manière argumentée afin qu'elles puissent être uti- lisées non seulement pour d'autres innovations mais aussi pour Ia recherche.

Il est vital pour Ia recherche de se nourrir des innovations et inversement. Cette dialectique "innovation-recherche" est, nous semble-t-il, un élément de Ia dynamique de Ia discipline.

En ce qui concerne l'utilisation de Ia langue française, nous partons du constat que les chercheurs publient et accèdent aux résultats de recherche principalement dans des revues de langue anglaise. Or Ia langue, en particulier quand l'objet d'étude comme c'est Ie cas en didactique relève de l'homme et de Ia société, a une grande importance ; de ce fait, Ie développement de certaines problématiques de recherche a pu être limité. Publier en français peut donc contribuer à enrichir Ie débat international. Par ailleurs, Ie manque de revues en langue française rend difficile Ia diffusion des résultats de recherche auprès des utilisateurs, enseignants et formateurs, dans les pays fran- cophones. Didaskalia vise à pallier cette carence. Grâce à une diffusion mondiale, cette revue constituera un vecteur de communication en langue française entre les chercheurs en didactique des sciences et des techniques, les formateurs et les enseignants. EIIe pourra également constituer un lieu d'échanges entre les milieux de l'éducation et du travail. EIIe représente donc une contribution à Ia promotion d'un espace de coopération dans Ie domaine des recherches en didactique et plus généralement des modes de diffusion des connaissances scientifiques et techniques.

Cette revue paraîtra trois fois par année et comportera un total annuel de 300 à 400 pages. Un numéro spécial thématique s'ajoutera occasionnelle- ment aux numéros réguliers. Seront couverts par cette revue, d'une part les niveaux de l'enseignement des sciences et des techniques de l'école primaire à l'université ainsi que Ia formation d'adultes, et d'autre part les types d'éduca- tion scientifique non formelle (vulgarisation, expositions, musées, clubs scientifiques de jeunes...).

Les éditeurs désirent établir des critères de qualité quant aux articles devant faire l'objet de publication. A cet effet, nous avons choisi comme pro- cédure de demander à deux experts, choisis dans Ie comité de lecture ou spé- cialistes du domaine, d'évaluer les articles.

Le conseil scientifique, constitué de scientifiques de haut niveau, par- ticulièrement engagés dans Ia formation scientifique et technique, sera garant de Ia qualité de Ia revue.

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Chaque numéro comprendra les sections suivantes : - Articles de recherche

Cette section regroupera des articles de recherche en didactique des sciences et des techniques. Peuvent être abordés tous les niveaux de l'enseignement et de l'apprentissage ainsi que Ia formation d'adultes, et tous les types d'éducation scientifique non formelle (vulgarisation, expositions, musées, clubs scientifiques de jeunes...).

- Point de vue

Ces "points de vue" concerneront les orientations de recherche en didactique ou Ia formation scientifique. Hs peuvent émaner de chercheurs in- ternes ou externes à Ia communauté de didactique, en particulier des chercheurs des disciplines scientifiques et techniques et des sciences cognitives.

- Comptes rendus d'innovations

Dans cette partie seront publiés des articles exposant :

• des approches nouvelles de l'enseignement des sciences et des techniques, ainsi que des expériences de formation et de recyclage réalisées en milieu de travail,

• des nouvelles formes d'expositions et d'animations concernant Ia diffusion des sciences et des techniques.

Le rédacteur en chef et les éditeurs s'assureront avant publication de l'intérêt de ces innovations.

- Notes de lecture

Sous cette rubrique seront regroupés des comptes rendus courts avec commentaires et critiques rédigés par des chercheurs sur des livres en didactique des sciences et des techniques, des thèses, des rapports de recherche, des actes de colloques portant sur Ia formation et Ia diffusion des sciences.

Seront également incluses des annonces de rencontres scientifiques, de nouvelles structures de formation ou de recherche. La secrétaire de rédac- tion a Ia charge d'évaluer ces notes.

Certains numéros comprendront une revue de synthèse qui concer- nera un aspect spécifique de Ia didactique ou de Ia vulgarisation des sciences et des techniques.

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ARTICLES DE RECHERCHE

La causalité dans Ie raisonnement des étudiants

Résumé

Cet article concerne Ia manière dont les étudiants comprennent les re- lations entre grandeurs physiques du point de vue du temps, en particulier celles qui concernent des grandeurs considérées au même instant Des résul- tats d'enquêtes montrent qu'il y a là des difficultés importantes liées à Ia re- cherche de causes. Les caractéristiques principales du "raisonnement linéaire causal" à propos de phénomènes relevant d'analyses quasi-statiques sont dé- crites et illustrées. Ce texte se termine par une discussion sur les objectifs de l'enseignement

Abstract

This paper deals with the way that students interpret relationships bet- ween physical quantities with respect to time, especially those involving physi- cal quantities that are considered at the same time. Research findings show some important difficulties which are probably linked with a causal interpreta- tion of phenomena. The main features of "linear causal reasoning" about sys- tems, as opposed to a quasi-static analysis, are described and illustrated. The paper ends with a discussion about pedagogical goals.

Temps et causalité

dans les raisonnements des étudiants en physique

Laurence VIENNOT

Université Paris 7

Laboratoire de Didactique de Ia Physique dans l'Enseignement Supérieur

Tour 24 - 2 Place Jussieu

75251 Paris Cedex 05 case 7021

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L'analyse causale des phénomènes, dans Ie domaine de Ia physique comme ailleurs, conduit à raisonner en termes de causes, antérieures à leurs effets. Le temps est naturellement présent dans notre recherche d'intelligence du monde, et s'y associe à l'idée de succession. Les réponses que nous ap- porte Ia science prennent, elles, Ia forme de relations dont un caractère fon- damental est leur permanence dans Ie temps.

C'est à cette permanence que l'on s'intéresse dans cet article. Celle-ci s'oppose en effet, d'une certaine façon, au désir de comprendre en termes d'événements enchaînés dans une succession causale. On décrit dans ce qui suit, à propos de quelques thèmes de physique élémentaire, certaines tendances de raisonnement qu'une série d'enquêtes réparties sur quinze ans ont permis de repérer chez des étudiants en fin d'études secondaires ou à l'uni- versité. Ces tendances communes consistent à nier, implicitement ou non, Ie fait que toutes les grandeurs impliquées dans des relations où ne figurent pas Ie temps soient à considérer au même instant, et que chaque relation elle- même doive être satisfaite quelque soit cet instant. Une explicitation un peu lourde de ces contraintes conduirait à écrire, par exemple, F (t) = m a (même t), quelque soit t. Sous cette forme, il semble qu'il s'agisse d'une trivialité. La suite devrait montrer que tel n'est pas Ie cas, contribuer à situer les difficultés correspondantes, et amorcer une réflexion sur les objectifs d'enseignement.

Il s'agit donc d'une contribution très spécifique, et limitée. Nulle pré- tention ¡ci à survoler l'ensemble des questions que soulèvent temps et causa- lité en epistémologie, deux thèmes dont l'ampleur décourage toute tentative de synthèse rapide.

1. LE TEMPS, VARIABLE PRIVILÉGIÉE

D'une certaine façon, Ie temps est une variable privilégiée chez les étu- diants. Interrogés sur Ia signification du mot constante ^/iennot, 1982, 1992) dans un énoncé du type : "telle grandeur est une constante", les étudiants ré- pondent Ie plus volontiers qu'il s'agit d'une grandeur indépendante du temps.

On dit aussi, en des termes symptomatiquement ambigus, qu'une constante, c'est quelque chose qui vaut toujours Ia même chose. La variation d'une grandeur, dans un premier réflexe de raisonnement, est d'abord rapportée au temps. C'est aussi en relation avec cette remarque que l'on peut interpréter Ia préférence des étudiants pour une formulation du type "à telle chose donnée, telle autre est une constante" plutôt que "telle grandeur ne dépend que de telle autre". La première, en effet, évoque une permanence dans Ie temps qui en entraîne une autre, alors que Ia seconde renvoie, ne serait-ce qu'implicitement, à des non-dépendances vis à vis d'autres grandeurs.

Est-ce à dire que Ia relation au temps des grandeurs physiques est ma- nipulée avec précision ? Ce qui suit tend à montrer que c'est Ie contraire qui se produit quand certaines difficultés liées à l'analyse causale des phéno- mènes sont présentes.

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Temps et causalité dans les raisonnements des étudiants en physique

2. QUAND IL FAUT TROUVER UNE CAUSE : DÉLOCALISATION TEMPORELLE DES GRANDEURS ET DES RELATIONS

Prenons l'affirmation commune, bien identifiée maintenant, consistant à dire qu'en haut d'une trajectoire de chute libre un mobile est soumis à une force nulle. "Vitesse nulle entraîne force nulle" : telle serait une traduction sim- plifiée de cette réponse. En fait, l'examen d'énoncés de ce type fait apparaître d'autres aspects tout aussi importants dans Ia compréhension des raisonnements associés. Ainsi celui-ci : "en haut de Ia trajectoire, ¡I y a Ia pesanteur qui agit et aussi Ia force du lanceur". Très fréquents aussi sont les commentaires où il est question, pour Ia phase ascendante, de "Ia force de Ia masse vers Ie haut". C'est qu'il s'agit à chaque fois de trouver une cause pour une situation paradoxale au premier abord : une sorte de "suspension" en haut de Ia trajectoire, ou même une montée, malgré Ia pesanteur. Cette cause, on va Ia chercher dans Ie passé du mouvement, c'est Ie geste du lanceur. Et, pour faire Ie lien entre présent et passé, on imagine un stockage de Ia cause dans Ie mobile, cela devient "Ia force de Ia masse" : un "capital de force", selon l'ex- pression d'un étudiant. Même si, dans Ia question, il s'agit bien de Ia force agissant sur Ia masse à l'instant t où Ia vitesse est nulle, Ia recherche d'une cause renvoie Ia réponse dans Ie passé, via l'idée de stockage ^/iennot, 1979).

On observe des effets analogues à propos de propagation de signaux méca- niques ou sonores, dont Ia vitesse est indûment associée aux conditions ini- tiales, via l'idée de force stockée (Maurines, 1992).

Autre exemple dans un domaine proche : une question d'examen de première année universitaire dont les réponses ont été analysées ^/iennot, 1979) porte sur Ia condition de compression minimum pour qu'à Ia détente, un ressort posé verticalement au sol éjecte une masse simplement posée sur son extrémité supérieure. L'approche adaptée à cette question est en termes d'énergie potentielle, mais beaucoup d'étudiants (50%, N=416) se lancent plu- tôt dans des comparaisons de type bilan de forces. Ceci est impropre pour plusieurs raisons. Remarquons simplement que Ia masse, au moment du dé- collage, ne subit aucune force vers Ie haut de Ia part du ressort. De plus, com- parer Ia force du ressort sur Ia masse à celle de Ia masse sur Ie ressort, stratégie souvent adoptée, ne constitue pas, en bonne physique, un bilan de forces susceptible de décider du mouvement d'un objet donné, puisque pré- cisément ces deux forces agissent sur des objets différents.

Le point ici est que ces tentatives inadaptées, au demeurant très fré- quentes, se fondent sur une vision causale : quelque chose doit pousser plus fort que Ie poids, et ce ne peut être que Ie ressort. Cette idée, faute de se rac- corder facilement à Ia description du physicien, va chercher l'agent "Ie plus fort", là encore dans Ie passé. Au plan verbal, rien ne situe dans Ie temps les termes évoqués - "Ie ressort doit pousser plus fort que Ie poids de Ia masse"

- sinon parfois Ia mention "à Ia compression maximum". Mais les expressions algébriques associées sont révélatrices. Souvent inhomogènes (c'est une

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caractéristique habituelle de ce genre de raisonnement), elles peuvent prendre par exemple les formes suivantes :

k (Z¹-Z⁰) > mg k (Z1-Z0) > mgz0

(1/2) k (Z1-Z0)2 > mgz0

où Z1 et z0 sont respectivement les altitudes de l'extrémité du ressort à Ia compression maximum et au décollage.

- 4 >

La relation "EF = un vecteur vers Ie haut", probablement sous-jacente à ces tentatives, est pratiquée de façon délocalisée dans Ie temps : les diffé- rents termes qu'y mettent ces étudiants ne sont pas relatifs au même instant.

Dernier exemple ^/iennot, 1979), l'idée de stockage associée à celle de cause recherchée dans Ie passé peut également rendre compte de grandes différences dans les réponses d'étudiants à propos de deux situations pourtant équivalentes pour Ia question posée : deux virages à l'horizontale et de même rayon de courbure, l'un en cours depuis longtemps et l'autre qui s'amorce tout juste à Ia suite d'une ligne droite. La question, dont peu impor- tent ici les détails, porte sur ce que devient un objet lâché dans un véhicule qui se trouve dans chacune de ces situations, à module de vitesse constant.

A l'instant considéré, l'accélération est Ia même dans les deux cas et les ré- ponses correctes sont identiques. Les étudiants (première année à l'université et classes préparatoires aux grandes écoles, N=450), font massivement Ia dif- férence (>70% dans tous les groupes interrogés). Pour eux, Ie mouvement de l'objet lâché s'explique par ce qu'il a stocké ("inertie", "élan", "force", "force centrifuge"), faute de s'expliquer par une cause bien évidente. Ce stockage re- lève de Ia phase antérieure, laquelle est différente dans les deux cas. Leur pré- férence va vers Ia prédiction d'un mouvement radial pour Ie virage en cours et d'un mouvement tangentiel pour celui qui s'amorce (sans que Ia distinction des référentiels, mentionnée dans Ia question, ne soit nécessairement reprise dans les réponses : autre problème bien connu (Saltiel & Malgrange, 1980).

3. SITUATIONS DE PROBLÈMES ET DÉLOCALISATION TEMPORELLE DES GRANDEURS ET DES RELATIONS

S'il est si peu évident pour les étudiants que les relations ne mention- nant pas Ie temps sont à comprendre comme impliquant des grandeurs toutes relatives au même instant, si l'interprétation causale de Ia situation proposée est un point si sensible, alors on peut s'attendre à d'importantes différences dans Ia façon dont les étudiants résolvent des problèmes selon Ie contexte spatio-temporel proposé. S. Fauconnet (1981, 1983) a mené une recherche sur ce point. On aborde avec cette étude Ie domaine plus complexe des systèmes composés de plusieurs sous-systèmes identifiés, et plus généralement celui des problèmes à plusieurs variables envisagés dans une analyse quasi-sta-

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tique (comme en mécanique ou en thermodynamique) ou quasi-stationnaire (comme en électrocinétique). Outre Ia permanence des relations dans Ie temps, qui signe ce caractère quasi-statique ou quasi-stationnaire, ces pro- blèmes nécessitent Ia prise en compte de l'évolution simultanée d'un grand nombre de variables.

Par exemple, l'une des situations étudiées par S. Fauconnet est un sys- tème de deux ressorts (de raideurs k1? k2) pendus au plafond bout à bout, et dont on déplace l'extrémité inférieure. Les relations qui doivent être satisfaites en permanence entre force extérieure (Fext), tensions T1, T2, et allongements AIT o t a|, Al1, Al2 (chaque indice renvoyant à un ressort) sont :

T1 = K1 Al1

Alrotai = Al1

T2= k2 Al2 ^ext - ^ 1 - T2

+ AU

Une écriture quelque peu lourde, mais explicite, retraduirait ainsi les contraintes rappelées plus haut :

T1(Q= K1 AI1C) T2(Q= k2 Al2(t) AITota|(t) = AI1(I) + Al2(t)

FeXtW=TiW=T2W

Serge Fauconnet a choisi de présenter à des étudiants de fin de Se- condaire deux problèmes mettant en scène Ie même système, ici l'ensemble des deux ressorts en question, et les mêmes équations. L'un des problèmes évoque Ia transformation d'un tel système (version "transformation", voir en- cadré 1). L'autre (version "états") propose Ia comparaison de deux systèmes statiques identiques, l'un dans l'état initial et l'autre dans l'état final de Ia transformation évoquée dans l'autre version. On donne l'allongement total final et on demande Ie déplacement du point de jonction des ressorts.

Encadré 1 : Résumé d'une question portant sur Ia transformation d'un système mécanique

QUESTION (résumée) :

On tire sur l'extrémité inférieure et on Ia déplace de 10 cm. Quel est Ie déplacement du point de jonction des ressorts et quelle force extérieure doit-on exercer?

Notations et valeurs numériques : T1, T2 : tensions des ressorts R1, R2

kv k2 : constantes de raideur K1 = 3 N/cm, k2 = 2 N/cm

Al1, Al2 : allongements des ressorts

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Les résultats font apparaître des différences importantes dans les ré- ponses d'élèves de Terminale et de DEUG (populations rassemblées, respectivement N=93 et N=87) à ces deux problèmes. Ainsi Ia relation F^ext =T¹= T² apparaît plus souvent en version "transformation" (60% contre 32%), tandis que Ia relation erronée Fext =T1+ T2 apparaît plus souvent en version "états"

(32% contre 17%). Cette dernière relation accompagne probablement une vision statique d'une force extérieure s'opposant aux résistances conjointes et simultanées des deux ressorts. La relation correcte, elle, peut correspondre à une analyse conforme à l'analyse du physicien, mais aussi parfois à une lecture du problème en termes de transmission différée. Certains expriment clairement ce dernier point de vue, comme en témoigne Ia réponse résumée dans l'encadré 2.

Une réponse typique

Fext = T1 = k1 A l1

= 3 . 10 = 30N

La force T1 est alors transmise à R2 : 30 N = k2 Al2

Al2 = 15 cm

Le premier ressort devrait s'allonger et l'autre, au bout d'un certain mo- ment, il devrait s'allonger aussi.

Structure du raisonnement L'allongement de R1 est assimilé au déplacement de l'extrémité inférieure : analyse locale

....une nuance temporelle....

on trouve une valeur supérieure au dé- placement de l'extrémité inférieure!

confirmation du caractère chro- nologique de l'analyse

Encadré 2 : Une réponse typique à Ia question de l'encadré 1

Tout commence au point où l'on tire : Ia relation erronée Fext = ^ AITota| traduit une analyse très locale (AITota| est Ie déplacement du point du bas), qui ignore Ie fait que les deux ressorts se déforment en même temps (en fait Fext = ^ Al1 = R1(AIy0^i - Al2). La suite explicite Ia non-simultanéité des allon- gements : "au bout d'un certain temps, Ia force se transmet au ressort de des- sus". Cette "mise en histoire" de l'analyse peut attirer Ia sympathie du physicien scrupuleux, qui sait bien qu'en toute rigueur, l'information ne se transmet pas instantanément dans un système. Mais il faut savoir ce qu'elle coûte : Ie renoncement aux relations caractéristiques des ressorts données plus haut, et parfois, comme dans Ia réponse paraphrasée ci-dessus, un ré- sultat absurde (compte tenu des valeurs des raideurs, Ie point de jonction des ressorts se déplacerait plus que l'extrémité inférieure !). Une étude parallèle menée sur une situation de vases communicants, analogue du point de vue des équations en cause, amène à des résultats en tout point similaires : cen- tration initiale sur Ie point où a lieu l'action extérieure, "mise en histoire" de Ia transmission des volumes déplacés, toutes choses qui apparaissent préféren- tiellement en version "transformation".

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De cette étude très riche il faut sans doute conclure que, pour des pro- blèmes relevant d'un jeu d'équations analogues, de grandes différences se manifestent quant aux raisonnements qu'ils suscitent chez les étudiants selon leur contenu spatio-temporel et selon Ia façon dont ils appellent, ou non, une interprétation causale. Une situation de transformation perceptible dans l'espace et dans Ie temps, associée à l'évocation d'un agent humain conduit plus fréquemment les élèves à bousculer Ie caractère quasi-statique de Ia description - au profit d'une "mise en histoire" - que Ia comparaison de deux systèmes constitués des mêmes éléments, immobiles, chacun dans un état différent.

Au passage, l'étude de S. Fauconnet montre bien qu'il serait mal avisé d'étudier les processus de résolution de problèmes chez les élèves sans faire intervenir l'influence des contenus particuliers en cause, à structure formelle donnée.

4. TRANSFORMATIONS QUASI-STATIQUES

OU QUASI-STATIONNAIRES DANS LES RAISONNEMENTS COMMUNS : LES CARACTÉRISTIQUES DE BASE

DU RAISONNEMENT LINÉAIRE CAUSAL

La recherche de S. Fauconnet a ouvert Ia voie à des études importantes sur les raisonnements à propos de systèmes définis par plusieurs variables.

Le raisonnement séquentiel en électrocinétique (Closset, 1983) consiste toujours, dans ses diverses formes, à ignorer Ia validité simultanée et permanente des équations représentant Ie régime stationnaire des circuits électriques, ou encore à nier l'influence mutuelle permanente de tous les élé- ments du circuit. Là encore, c'est plus volontiers une histoire que l'on raconte, quelque chose (qui peut être, selon Ie niveau et Ia question, "de l'électricité",

"du courant" ou "de Ia tension", ou même "Ia phase") partant du générateur pour subir ensuite des aventures locales sans rétroaction de l'aval sur l'amont.

Par rapport à l'étude pionnière de S. Fauconnet, on trouve essentielle- ment, à propos d'électrocinétique, une différence d'échelle : c'est d'un véri- table raz-de-marée qu'il s'agit. Le raisonnement séquentiel en électrocinétique est un des plus "gros" phénomènes observables en matière de raisonnement commun. A (presque) tout niveau de formation (Closset, 1983) et dans tous les pays où l'on a pris Ia peine d'enquêter (Shipstone & al, 1988), on trouve largement cette tendance. Mais cette différence d'importance mise à part, on est, pour les circuits comme pour les ressorts bout à bout, dans une situation où une structure spatiale guide Ie raisonnement et suggère un "parcours de cau- salité", donc aussi des décalages temporels entre phénomènes. C'est d'ailleurs encore Ie cas pour des situations de propagation de Ia chaleur

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(Rozier, 1988) ou d'hydrodynamique (Closset, 1992) qui, de façon prévisible, donnèrent lieu à des résultats de même nature.

Qu'en est-il, plus largement, pour les transformations quasi-statiques de systèmes à plusieurs variables sans structure spatiale marquée ? Une recherche centrée sur Ia thermodynamique (Rozier, 1988) répond largement à cette question. EIIe resitue, par Ia même occasion, les résultats précédents dans une description plus générale.

Un premier aspect du raisonnement commun sur les problèmes à plusieurs variables est son aspect linéaire. On entend par là Ie fait que les explications sont de Ia forme : O¹ ~* O² ^ O³ — 0^N^...., chaque phénomène O mentionné étant spécifié à l'aide d'une seule variable.

Par exemple, pour expliquer l'augmentation de pression lors d'une compression adiabatique d'un gaz parfait, les étudiants (trois premières an- nées universitaires et classes préparatoires, résultats rassemblés) fournissent des argumentations du type :

V (volume) \ ^ n (densité particulaire) / ^ chocs (nombre de chocs par...) / ^ p fc>ression) /

Le facteur cinétique est oublié. Les exemples de telles réductions dans l'analyse des facteurs intervenant dans les phénomènes physiques sont légion

^/iennot, 1992) mais ce n'est pas Ie sujet ici.

Venons-en donc au second aspect marquant du raisonnement commun, qui est plus directement lié à l'approche causale.

Requis d'expliquer pourquoi Ie volume augmente lors du chauffage isobare d'un gaz parfait, de nombreux étudiants (mêmes types de populations) manifestent à nouveau Ia tendance aux argumentations linéaires. Les com- mentaires du type "Q (chaleur reçue) ^ T / ~* p / ^ V /" abondent (43%, N=120).

Mais là, on assiste en outre à ce qui peut apparaître comme une franche contradiction entre un élément de Ia réponse, p /, et l'énoncé "on chauffe à pression constante". Qu'en est-il ?

La clef de cette énigme réside dans Ie fait que Ia réponse commune se fait sur fond de chronologie. Implicite chez Ia plupart, celle-ci est parfois clairement explicitée. Il y a deux temps dans cette réponse. Dans un premier temps, "Q (chaleur reçue) ~* T /~* p / " , Ie piston est bloqué, et dans un se- cond temps "Ie piston est relâché, Ie volume augmente et Ia pression reprend Ia valeur extérieure". Ainsi aménagée, chacune des étapes de l'explication est bien cohérente, et, en fin de compte, Ia pression rejoint Ia contrainte de l'énoncé.

C'est Ie moment de remarquer une systématique ambiguïté du langage.

On pourrait croire qu'une bonne traduction des flèches horizontales utilisées

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plus haut pour résumer les argumentations serait un "donc" logique. S'il s'agit d'une histoire, Ia flèche recouvre un indicateur de chronologie : "ensuite". Mais c'est un terme parfaitement intermédiaire qui vient naturellement dans l'argumentation : "alors". Le tableau 1 montre que Ie français n'est pas Ia seule langue à offrir pareille commodité.

Statut i Logique Intermédiaire Chronologique

Français donc alors ensuite

Anglais therefore then later on

Espagnol por eso entonces despues Tableau 1 : Plusieurs langues, même dérive de signification

En résumé, les caractères du raisonnement linéaire causal sont les sui- vants :

- ce raisonnement enchaîne linéairement des phénomènes (O) spéci- fiés chacun à l'aide d'une seule variable: O¹ — O² ~* O³ — 0^N «*,

- Ia relation conduisant de chaque phénomène au suivant a un statut ambigu, intermédiaire entre une implication logique et une indication de succession chronologique.

Cet aspect temporel donne à l'argumentation un statut proche de celui d'une histoire enchaînant des phénomènes simples. Il s'oppose, rappelons-le, à l'analyse quasi-statique où toutes les variables évoluent en même temps.

5. RAISONNEMENT LINÉAIRE CAUSAL

ET DIFFICULTÉ DE CONCEVOIR LES RÉGIMES PERMANENTS

Une conséquence immédiate de l'introduction d'une succession temporelle dans l'argumentation est que chacun des phénomènes observés s'ins- crit dans une durée - d'existence ou d'évocation, on ne sait trop - qui est nécessairement limitée. Compris comme successifs, les événements Ie sont aussi comme temporaires. CeIa peut conduire à une grande tolérance vis-à- vis d'argumentations qui, lues sans cette clef, apparaissent au physicien comme génératrices de contradictions ou d'absurdités. Ceci a déja été illustré plus haut, à propos de l'élément de réponse " p / " qui, donné à propos du chauffage isobare d'un gaz parfait, contredit, mais temporairement seulement, l'énoncé. On peut s'attendre, à ce point de l'exposé, à ce que Ie cas des ré- gimes permanents soit particulièrement propice à l'apparition de divergences entre l'analyse du physicien et celle qu'offre Ie raisonnement linéaire causal.

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C'est d'abord à propos de Ia compression adiabatique d'un gaz parfait que cette difficulté a été débusquée (Rozier, 1988). Priés d'expliquer pourquoi Ia température T augmente, de nombreux étudiants (42%, N=140) donnent une argumentation du type " V v * n /^ Chocs /^ T / " , avec parfois Ia précision :

"les chocs entre molécules dégagent de Ia chaleur". Devant un tel commen- taire, une question devrait surgir : comment cela peut-il durer ? Si un récipient thermiquement isolé comporte à l'intérieur un générateur permanent de chaleur, à savoir les chocs entre molécules, Ie phénomène va diverger, et on voit mal d'autre issue que l'explosion. Ce raisonnement par l'absurde ne se produit pas chez les étudiants. Il n'est pratiquement jamais évoqué par des enseignants en formation (N=85) à qui l'on demande ce qu'ils répondraient si un de leurs élèves leur proposait cette argumentation ^/iennot & Kaminski, 1991). La question de Ia permanence, c'est Ie moins qu'on puisse dire, n'occupe pas Ie devant de Ia scène. Et certains étudiants à qui on Ia soumet explicitement s'en tirent parfois par cette réponse : "C'est seulement pendant que leur nombre augmente que les chocs dégagent davantage de chaleur". On retrouve là cette transposition du découpage de l'argumentation dans un découpage temporel des phénomènes. Dans cette perspective, Ia question de Ia permanence, Ie raisonnement par l'absurde, n'ont plus aucune prise sur l'analyse.

Ce n'est donc pas par hasard que les explications usuelles de vulgarisation sur des phénomènes tels que l'effet de serre se centrent avec une telle prédilection, mais pratiquement toujours sans Ie dire, sur les régimes transi- toires plutôt que sur les régimes permanents. Qui n'a Iu de ces textes où l'on explique l'effet de serre en disant qu'il fait plus chaud à l'intérieur parce qu'il rentre plus d'énergie qu'il n'en sort ? On voit mal comment Ia chose peut durer sans risques importants pour l'installation, mais là encore, Ia question n'est pas posée. On tient une explication - un surplus d'énergie à l'entrée - qui est aussi Ie début de l'histoire, et lorsque l'épisode suivant - ¡I fait chaud - se produit, il n'y a plus de question d'énergie ni de permanence qui soit encore d'ac- tualité. Les bilans d'énergie, envisagés toujours temporairement, ne peuvent avoir de conséquences dramatiquement divergentes.

CeIa dit, il suffit d'essayer d'expliquer verbalement l'effet de serre en termes de déplacement d'un régime permanent (de non-équilibre) pour mesu- rer Ia complexité du raisonnement. Et l'on se surprendra facilement, devant cette complexité, à séquentialiser Ia description en évoquant successivement bilans énergétiques et variations de température, tel cet essai : "Ie système, vitre comprise, reçoit un peu plus d'énergie qu'il ne peut en émettre, compte tenu de Ia bande passante du verre, alors sa température augmente, si bien qu'il émet un peu plus d'énergie dans cette bande, alors Ie bilan est encore déséquilibré mais moins qu'avant, etc. jusqu'à ce qu'il puisse sortir autant d'énergie qu'il en rentre", ou bien l'équivalent pour un refroidissement de Ia serre.

Envisager Ia simultanéité de plusieurs phénomènes est déjà difficile.

Lorsqu'il s'agit de simultanéité d'évolutions, c'est encore moins naturel (voir

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aussi Ménigaux, 1992). Les physiciens font appel à Ia démarche différentielle pour légitimer et rendre fructueuse l'approche esquissée dans l'explication ci- dessus. Par passage à Ia limite, cette procédure conduit à des résultats ana- lytiques respectant les contraintes rappelées plus haut : permanence des relations, simultanéité des évolutions. C'est Ie prix à payer pour maîtriser Ie passage du désir initial d'explication - ¡I rentre plus d'énergie qu'il n'en sort - avec Ia description du régime permanent et de son éventuelle évolution quasi- statique. Ce prix est conceptuellement très élevé. Accéder à Ia maîtrise d'une telle procédure n'est évidemment pas simple, mais ¡I apparaît aussi qu'il est même difficile de comprendre ce qu'elle effectue (Artigue, Ménigaux & Vien- not, 1990). Les explications vulgarisantes évoquées au début de cette discussion en témoignent largement.

6. RAISONNEMENT LINÉAIRE CAUSAL ET COMPRÉHENSION DE TEXTE

A propos de cet exemple de l'effet de serre, on pourrait dénoncer Ia désinvolture ou Ie défaut de vigilance de l'explication, et s'en tenir là. Ce serait négliger Ie plus important : Ia satisfaction engendrée par ce type d'explications chez ceux qui Ia reçoivent. Peut-être mesure-t-on encore mieux cette faveur lorsqu'elle se manifeste à propos d'un texte ne comportant pas d'erreurs de physique, mais dont Ia compréhension est distordue par un effet de proximité qui met en quelque sorte Ie raisonnement linéaire causal des étu- diants "en résonance".

Ainsi des étudiants (Math. Sup, Math. Spé, Licence, I.U.T., résultats rassemblés (Rozier, 1988) ont été d'abord priés de lire Ie texte suivant ^/alen- tin, 1983) :

"L'énergie d'agitation que possède en moyenne chaque molécule est suffisante pour empêcher les molécules des gaz qui nous environnent de se lier les unes aux autres : dans un gaz, les molécules passent leur temps à se cogner et à rebondir de façon aléatoire. Mais, si l'on abaisse Ia température, Ie système pourra se liquéfier et même se solidifier. Ces phénomènes surviennent quand, à force de diminuer Ia température, les molécules ont une énergie cinétique moyenne si basse qu'elles ne peu- vent plus résister à l'attraction électromagnétique qu'elles exercent les unes sur les autres : elles commencent par s'agglutiner dans l'état li- quide et finissent par se lier dans l'état solide".

La question posée ensuite porte sur l'affirmation suivante :

"A un instant donné de Ia liquéfaction, l'énergie cinétique moyenne d'une molécule du gaz est supérieure à celle d'une molécule apparte-

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nant au liquide (liquide et vapeur sont en équilibre thermique à l'instant considéré)".

On demande aux étudiants s'ils pensent, d'une part que Ie texte sug- gère l'affirmation, d'autre part que l'affirmation est vraie. Une écrasante majo- rité considère que Ie texte suggère l'affirmation (77%, N=181), et que celle-ci est vraie (80%). L'auteur précise bien lui-même une page plus loin, qu'à l'équi- libre thermodynamique, les énergies cinétiques moléculaires moyennes sont les mêmes dans Ie liquide et dans Ie gaz. L'affirmation est donc fausse. EIIe n'est pas contenue dans Ie texte. Pourtant, ces étudiants ont cru l'y lire. Com- ment interpréter ce résultat ?

Avec prudence, d'abord. On est là à un niveau de conjecture qui inter- dit d'être péremptoire. Par exemple, on pourrait dire simplement que, puisque les étudiants pensent que l'affirmation est vraie, ils ont tout simplement cru lire ce qu'ils pensaient déjà. Mais ces précautions n'empêchent pas d'établir des rapprochements et de poser des interrogations, dont celle-ci : pourquoi les étudiants pensent-ils que l'affirmation est vraie ?

Un retour sur Ia structure du texte conduit à constater qu'il est marqué par une succession d'indicateurs de chronologie : "Si... pourra... quand... à force de... ne peuvent plus... commencent par... finissent par...". Cette structure peut se schématiser par Ia chaîne suivante :

(gaz) T\~* ec (énergie cinétique moyenne..) \~* les interactions gagnent ~> état liquide ^ ~* état solide.

La tendance commune à inclure du temps dans l'explication trouve ici un terrain de choix. Le texte peut alors être Iu comme une histoire. Au début de l'histoire : Ie gaz. Plus tard : Ie liquide. Entre-temps : Ia diminution de Ia température, puis celle de l'énergie cinétique moléculaire moyenne. Dans l'affirmation proposée, les deux phases sont à l'équilibre, c'est-à-dire présentes simultanément, à Ia même température. Il semble, à travers les réponses des étudiants, que Ia structure chronologique attribuée au texte ait balayé l'idée de simultanéité présente dans l'énoncé, et se traduise logiquement par l'idée que l'énergie cinétique moyenne est plus faible dans une phase, celle "de Ia fin", que dans l'autre, celle "du début".

La subtilité de cette analyse peut laisser certains sceptiques. Le taux massif de lecture distordue ne peut, lui, laisser indifférent.

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7. EN CONCLUSION : QUELQUES ÉLÉMENTS POUR DISCUTER LES OBJECTIFS D'ENSEIGNEMENT

L'indifférence n'est pas, d'habitude, Ia première caractéristique des dé- bats soulevés par ce type de résultats. C'est qu'ils touchent de très près nos manières de raisonner les plus familières, et pas seulement en physique.

Familières, elles Ie sont parce que satisfaisantes par leur simplicité et leur inscription dans Ie registre des histoires, celui de notre vécu quotidien. Ces modes de raisonnement nous apparaissent également très fructueux car ils semblent parvenir à leurs fins, alors qu'en fait ils sont Ia plupart du temps té- léguidés par une conclusion connue d'avance. A chaque conclusion visée, sa chaîne explicative. Si l'on invoque par exemple une diminution de Ia densité particulaire, ce peut être une fois pour expliquer que Ia pression est faible en altitude (sans parler de température), une autre pour expliquer l'ascension d'une montgolfière (sans dire qu'alors Ia pression n'est pas pour autant dimi- nuée à l'intérieur). On se garde bien de confronter une explication à une autre : Ie but, alors, n'est pas de théoriser, mais de signaler les facteurs importants et de donner une sorte de vision du phénomène. L'économie et son cortège d'explications des effets d'une hausse ou d'une baisse du dollar, par exemple, ren- voient bien souvent à cette même constatation.

Enfin ces raisonnements sont très voisins, en surface, de ceux que les scientifiques mettent en jeu avec profit. Hs se rapprochent des discours entre pairs, où les fréquents raccourcis de langage peuvent laisser croire qu'on ne s'inquiète pas des facteurs non mentionnés. Le souci de vulgariser, ou tout simplement de "faire passer" leur message, peut conduire ces mêmes scientifiques à mettre leurs explications en résonance avec les tendances naturelles de leur public, à savoir Ie raisonnement linéaire causal : les phénomènes importants y apparaissent bien dégagés, et l'auditoire est heureux d'avoir l'im- pression de comprendre.

Là se trouve l'un des enjeux importants dans cette discussion : l'im- pression de comprendre. L'autre enjeu est l'éducation du raisonnement à plusieurs variables, Ia cohérence qui s'y attache, et Ie prix que cela coûte. Au moment de fixer les objectifs d'un enseignement, quel qu'il soit, ces enjeux méritent examen et discussion. Les situations de physique, en effet, mais aussi Ia vie tout court, sont des problèmes à plusieurs variables.

Si l'on prend, par exemple, l'enseignement de physique délivré dans l'enseignement secondaire français, on observe qu'il n'y figure pratiquement pas d'incitations à raisonner sur des dépendances multifonctionnelles. Bien entendu, les relations ("formules") enseignées mettent en jeu plusieurs grandeurs. Mais c'est Ie plus souvent sous forme de valeurs numériques, et non de variables, que ces grandeurs interviennent dans les activités proposées aux élèves. Quand, de son côté, l'enseignement des mathématiques se centre sur les fonctions d'une variable, il ne faut pas s'étonner que les élèves soient bien

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désarmés devant les problèmes multifonctionnels. Plus largement, sur Ie rôle du temps en physique, sur Ie statut des lois où cette variable ne figure pas, on trouve encore peu, dans les textes officiels, d'encouragements à faire réfléchir les élèves. C'est que des objectifs qui ne correspondent pas à un contenu particulier trouvent difficilement leur place dans des libellés de programme. On les voit actuellement poindre dans les "exigences et apprentissages" attendus (voir par exemple, Ie programme de Quatrième (grade 8), 1993) et dans les textes d'accompagnement illustrant l'esprit et les activités suggérées pour ces enseignements (par exemple, celui de Seconde (grade 10), 1993, paragraphe

"dépendances mutuelles entre grandeurs et cas limites"). De telles incitations prendront véritablement leur effet quand Ia nature des activités proposées aux élèves sera comprise comme largement aussi importante que Ia liste des contenus à traiter.

Peut-être aussi ces préoccupations prendront-elles d'autant mieux ra- cine dans l'enseignement qu'elles apparaîtront comme gérables simplement. Il n'est pas nécessaire d'introduire les dérivées partielles pour introduire une analyse des dépendances multiples et montrer les contraintes correspondantes : des questions sur ce que devient Ia surface d'un rectangle quand lon- gueur et/ou largeur sont modifiées peuvent y suffire. Quant au rôle du temps dans les relations entre grandeurs, Ia plus simple des actions est de ne pas (ne plus ?) Ie considérer comme évident. Envisager l'éventualité d'une inter- prétation causale, d'une lecture chronologique des relations par les élèves, c'est être ouvert dans Ie dialogue à des indices qui risquent autrement de passer inaperçus. Peut-être faut-il avoir vu une étudiante en formation au métier

^'enseignant s'émerveiller que l'on puisse continuer à appliquer Ia formule F = q v A B, même pour une particule évoluant dans un champ non uniforme,

"parce que tout est modifié en même temps mais Ia formule tient toujours", pour considérer que les objectifs d'enseignement discutés ici méritent vérita- blement de l'être ?

Mais surtout, c'est Ie champ d'intervention considérable de ces préoc- cupations qui donne à penser. En tout domaine, il importe de savoir juger si l'on peut conclure ou non, si les chaînes explicatives qu'on se voit présenter sont d'authentiques chaînes d'implications, ou bien seulement des argumentations qui n'ont de contraignantes que l'apparence.

De tels objectifs ne peuvent s'inscrire que dans Ie long terme. Mais dire cela, ce n'est pas renoncer d'avance.

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de Ia causalité

John OGBORN

Department of Science Education Institute of Education

University of London 20 Bedford Way LondonWC1H OAL

Résumé

La causalité est discutée de deux points de vue complémentaires : théorique et empirique. Dans Ia discussion théorique, nous nous élevons contre Ia position adoptée par Hume selon laquelle il n'existerait pas de causalité, et reprenons des idées issues des travaux de Piaget et des sciences cognitives pour développer une analyse de Ia causalité. Ce point de vue est appuyé par des arguments de nature linguistique. Nous décrivons ensuite plusieurs études empiriques du raisonnement causal intéressant l'enseignement des sciences.

L'une teste une théorie causale des idées quotidiennes de force et de mouve- ment ; les autres explorent l'ontologie attribuée par des sujets à des entités quotidiennes ou scientifiques. Nous proposons enfin quelques dimensions on- tologiques fondamentales.

Abstract

Causality is discussed from two complementary points of view : theore- tical and empirical. The theoretical discussion attacks the position adopted by Hume that there is no such thing as causality. It takes ideas from Piaget and from Cognitive Science to present an analysis of causality in which action and

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John OGBORN

concrete models are important This view is supported by arguments from lin- guistics. Several empirical studies of causal reasoning relevant to science edu- cation are described. One tests a causal theory of everyday ideas about force and motion. The others explore the ontology attribute by subjects to a number of entities, including everyday entities and others of interest in science. Some fundamental ontological dimensions are proposed.

1. L'EXPLICATION CAUSALE : PERSPECTIVES THÉORIQUES Pour penser Ie raisonnement causal, on peut faire appel à différentes perspectives théoriques : perspectives philosophiques, point de vue piagétien sur Ia construction de l'intelligence, et quelques idées issues des sciences cognitives et de l'intelligence artificielle. On peut trouver également un appui dans Ia linguistique.

1 . 1 . La perspective philosophique

Dans Ia pensée du sens commun, nous attribuons fréquemment aux personnes et aux objets un pouvoir causal par rapport aux événements. De- puis les travaux de David Hume, les philosophes sont fortement influencés par Ia critique bien connue de ce point de vue, critique qui réduit Ia causalité à Ia concomitance systématique des événements. Parmi les rares philosophes moins influencés par Ia critique humienne (on peut y inclure Bunge, Wartowski et Bhaskar), se trouve en particulier Harré :

"Pouvons nous réellement nier que nous percevons parfois vraiment que les vagues rongent Ia côte, que Ia hache fend Ie bois et que l'avalanche ravage Ie paysage ? Ronger, fendre et ravager sont clairement des concepts causaux. Un philosophe humien considère pourtant comme impossible Ia per- ception de l'action d'un pouvoir causal."

(Harré & Madden, 1975 ; voir également Harré, 1986)

Bhaskar (1978) désigne très clairement les erreurs fatales de l'argumentation humienne.

Tout d'abord, elle repose sur une ontologie anthropocentrique dans laquelle l'expérience humaine, et non Ia matière, est Ia composante essentielle de Ia réalité. Pour Bhaskar, l'expérience ne constitue pas Ie bon type de ma- tériau pour construire des objets matériels. Le monde existait et évoluait bien avant que les humains en aient l'expérience.

Par ailleurs, Ia concomitance systématique des événements n'est pas du tout usuelle dans l'expérience ; elle doit en général être laborieusement créée lors d'expérimentations soigneusement contrôlées. Les exemples que l'on donne habituellement, tels que Ie fait que Ie soleil se lève tous les jours

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sans exception, sont pris parmi les cas particuliers d'objets interagissant fai- blement avec d'autres.

Dans Ia plupart des cas, et justement à cause de Ia diversité des pro- priétés causales que possèdent les objets, un effet recherché est bloqué ou dissimulé par une autre action. Bacon avait raison de dire que Ia Nature révèle mieux ses secrets lorqu'on Ia torture de façon ingénieuse par l'expérimenta- tion. Si Hume avait raison, Ia logique de l'expérimentation deviendrait circu- laire, créant des concomitances systématiques afin d'y croire.

De ces réflexions, nous pouvons conclure qu'il est parfaitement rai- sonnable d'accepter au moins l'intuition du sens commun pour laquelle personnes et objets ont Ia propriété de causer des événements, et par suite d'explorer les conséquences de cette assertion. Cet article présente quelques tentatives de suivre cette voie, de différentes manières.

Pour ce faire, ¡I nous faut prendre l'ontologie beaucoup plus au sérieux qu'on ne Ie fait habituellement. Les philosophes des sciences ont été beaucoup plus préoccupés par les fondements de Ia vérité (l'épistémologie) que par Ia nature fondamentale des choses telle que Ia science Ia pense (l'ontologie).

Mais si nous revenons à un monde constitué d'objets et à une science consti- tuée de descriptions d'objets, par opposition à un monde construit par l'expé- rience directe, et une science faite de propositions concernant des expériences, nous devons prêter attention à ce que sont ces objets. Nous sommes conduits à rejeter les fameuses propositions ouvrant Ie Tractatus de Wittgenstein :

"Le monde est tout ce qu'il advient

Le monde est Ia totalité des faits, non des choses. "

et à réaffirmer Ie sens commun qu'il récuse :

"Le monde est tout ce qui est

Le monde est Ia totalité des choses, non des faits. "

1 . 2. La perspective piagétienne

Dans son dernier travail, Piaget tentait de construire une logique des significations (Piaget & Garcia, 1987 ; voir également Piaget, 1971), en mon- trant comment une logique de Ia signification des objets et des actions est dé- veloppée et sous-tend les développements cognitifs ultérieurs, incluant Ia logique.

Pour Piaget, les actions de l'enfant sont les matériaux essentiels pour Ia construction des significations. La signification attribuée à un objet a trois origines non indépendantes :

- ce qu'on peut lui faire, - ce qu'il peut faire,

- ce dont ¡I est fait (parties, constituants, relations).

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John OGBORN

Ces trois origines sont liées à l'action. "Ce qu'on peut lui faire" établit une relation entre Ia nature de l'objet et les actions que l'on peut exercer sur lui. "Ce qu'il peut faire" établit une relation entre l'objet et les actions qui peuvent lui être attribuées. "Ce dont ¡I est fait" concerne les objets (Piaget & Gar- cia, 1987 ; voir également Ricco, 1990 ; Byrnes, 1992). Que pousser une balle Ia fasse rouler constitue une partie de Ia signification de "pousser" ; qu'une balle qui roule ait été poussée constitue une partie de Ia signification de "rouler". La balle elle-même a Ie sens de "quelque chose qui peut rouler et être poussé. "Pousser" implique "rouler" en ce qu'ils tirent une signification de ce qu'ils peuvent provoquer : Ie déplacement d'une balle. "L'implication signi- fiante" opère sur les significations des actions et des objets en les incluant l'une et l'autre comme des composantes essentielles. Ce que l'on peut prévoir est une conséquence naturelle de Ia manière dont on conçoit Ia nature des choses. Et Ia manière dont les choses agissent fait partie de leur conceptuali- sation.

La figure 1 illustre Ia structure de Ia conception piagétienne. Les actions et Ie mouvement sont essentiels. Des actions dérivent les objets, inva- riants dans l'action, et les causes, actions exercées sur les objets ; du mouvement dérivent l'espace, cadre invariant dans lequel s'effectuent les mouvements, et Ie temps, déroulement du changement.

action mouvement

cause

L localisé

objet

j

statique dynamique^

espace

Figure 1 : Relations entre l'action et Ie mouvement et les catégories fondamentales de Ia pensée sur Ia réalité.

L'objet et l'espace reflètent les principaux aspects statiques du monde.

Le temps et Ia cause reflètent les aspects dynamiques, changeants. Comme l'action, Ia cause et l'objet sont localisés, alors que Ie temps et l'espace sont les "lieux" dans lesquels les actions et les objets prennent place.

Ainsi, ce que nous pouvons retenir de Piaget est une explication d'une possible structure de base du raisonnement ontologique sur les objets et les

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causes, et une manière de penser qui cherche les racines de l'explication causale dans les conceptions de Ia nature des choses : ce que l'on peut leur faire, ce qu'elles peuvent faire, et ce dont elles sont faites.

1.3. Points de vue issus des sciences cognitives

Les chercheurs cognitivistes n'ont pas eu beaucoup de complexes à attribuer une pensée causale aux personnes et à tenter de trouver des moyens de construire des systèmes artificiels qui utilisent de telles formes de pensée.

Leurs efforts sont assez variés dans leur forme et leur but ; cependant nous pouvons en extraire quelques points de vue intéressants.

1.3.1. La tradition des modèles mentaux

Dans leurs explications de Ia vie quotidienne, les gens semblent être d'un irrémédiable réalisme naïf. Hs supposent que Ie monde est constitué d'objets physiques réels et d'événements se produisant vraiment, parmi lesquels ils se comptent eux-mêmes. Hs considèrent comme important qu'un événement se produise réellement ou non, ou qu'un objet existe réellement ou non.

Voilà Ie point de vue largement développé dans Ia tradition des mo- dèles mentaux, où les aspects importants de Ia pensée sont considérés comme Ia manipulation mentale d'objets de pensée, par opposition aux processus symboliques ou logiques, suivant par exemple Johnson-Laird (1983, 1991) et Gentner & Stevens (1983) :

"... Ie raisonnement quotidien ne recourt pas à une logique comportant des règles formelles d'inférence. [...] Au contraire, les personnes raisonnent en élaborant une représentation des événements décrits par les prémisses."

(Johnson-Laird, 1983)

Le travail sur les modèles mentaux consiste principalement à décrire comment les personnes conçoivent les objets et les événements, et à en étu- dier les conséquences sur leur compréhension du monde. Ce que sont ces conceptions peut avoir des conséquences radicales sur Ia recherche des causes. Par exemple, Wiser et Carey (1983) montrent comment les premiers chercheurs en thermodynamique furent naturellement conduits à rechercher les différents effets du "froid" suivant que ce froid provenait d'une source ou d'une autre. L'ontologie considérait Ie chaud et Ie froid, qui ne faisaient jadis qu'un avec Ia température, comme des propriétés spécifiques des objets particuliers ; aux sources de chaud et de froid étaient attribués des rôles causaux.

1.3.2. Imaginer (Envisioning)

De Kleer et Brown (1983, 1984) posent Ia question de ce qui est né- cessaire à un système cognitif pour découvrir comment peut fonctionner un

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John OGBORN

système physique, par exemple une pompe. Hs voient quatre étapes dans ce processus :

- Ia représentation du système,

- l'imagination (envisioning) des types de fonctionnement possible, - Ia simulation mentale d'un type de fonctionnement,

- Ia confrontation avec Ia réalité.

Hs supposent que Ie système cognitif (dans leur cas un programme in- formatique) possède un engagement ontologique de base : tout événement a une cause. Ils modélisent Ie raisonnement plutôt en termes de causalité que de légalité. Leur système peut même inventer des causes mythiques, élabo- rées pour maintenir une cohérence ontologique.

Le raisonnement causal repose selon eux sur deux principes fonda- mentaux :

- un principe de localité : Ia cause est structurellement proche de l'effet,

- un principe d'asymétrie : Ia cause précède l'effet.

Prenant appui sur les travaux de Bunge (1959), Gutierrez et Ogborn (1992), dans un article récent, y ajoutent :

- Ia productivité : s'il y a un effet, il y a une cause ; - Ia constance : s'il y a une cause, il y aura un effet ; - l'unicité : Ia même cause produit Ie même effet.

Hayes (1978, 1985) et Forbus (1983, 1985) offrent d'autres façons de penser dans Ia même direction. Schank (1986) offre un menu copieux, sinon digeste, de manières de voir comment les explications, y compris les explications causales peuvent être construites de façon créative par modification de l'ontologie affectée aux objets et aux événements.

1.4. Les apports de l'étude du langage

Les linguistes, particulièrement ceux qui étudient l'analogie et Ia méta- phore, ont beaucoup à proposer quant aux besoins d'interprétation de Ia cau- salité et de l'explication causale. Lakoff et Johnson (1980) par exemple décrivent ce qu'ils nomment "Ia Gestalt expérlentielle de Ia causalité", un schéma "prototypique" de relation causale directe qui a l'ensemble des carac- téristiques suivantes :

- ¡I y a un agent du changement,

- ¡I y a un patient sur lequel l'agent agit,

- l'agent a pour but un certain changement du patient, - l'agent possède un plan pour provoquer Ie changement, - Ie plan exige une action motrice effectuée par l'agent, - l'agent contrôle cette action motrice,

- l'agent dirige !'"énergie" vers Ie patient,