UNE APPROCHE PARTICIPATIVE POUR UN DÉVELOPPEMENT DURABLE DE L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES EN EUROPE Villes Pépinières de Sciences © Pollen, Juin 2009 Texte Edith Saltiel, La main à la pâte, France. Karen Worth, Center for Science Education, Education Development Center, Inc, USA. Mauricio Duque, Universidad de los Andes, Colombia. La main à la pâte 1, rue Maurice Arnoux Tél. : +33 (0)1 58 07 65 97 92 120 Montrouge Fax : +33 (0)1 58 07 65 91 France E-mail : contact-lamap@inrp.fr Traduction Christine Laugier, ProVerbis. Révision et édition de la traduction Béatrice Ajchenbaum Boffety, Alain Chomat, Fréderic Perez et Edith Saltiel. Design et conception Michael Krawczyk Mise en page Brice Goineau Tous droits de reproduction et de traduction réservés pour tous pays. L’enseignement des sciences fondé sur l’investigation. Conseils pour les enseignants Pollen est un projet européen de recherche et développement soutenu par la Direction générale à la recherche de la Commission euro- péenne (6e PCRD). Il a été sélectionné comme projet de référence afin de promouvoir l’enseignement et la culture scientifiques en Europe. UNE APPROCHE PARTICIPATIVE POUR UN DÉVELOPPEMENT DURABLE DE L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES EN EUROPE Villes Pépinières de Sciences * L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES FONDÉ SUR L’INVESTIGATION 4 * L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES FONDÉ SUR L’INVESTIGATION 5 Table des matières Préambule .....................................................................................................................................6 P R E M I È R E P A R T I E L’enseignement des sciences fondé sur l’investigation ............................................7 L’enseignement des sciences fondé sur l’investigation ? ..................................................9 Quels sont les principes importants d’un enseignement fondé sur l’investigation ? .........11 Quelles sont les principales stratégies pédagogiques pour mettre en œuvre l’ESFI ? .......14 Quelques stratégies pédagogiques spécifiques ................................................................21 Evaluation formative .........................................................................................................24 Résumé ...............................................................................................................................27 D E U X I È M E P A R T I E Guide pour l’élaboration de modules de sciences fondés sur l’investigation ...........31 Introduction ........................................................................................................................32 Concevoir la structure d’ensemble d’un module ..............................................................33 Concevoir les séquences d’apprentissage .........................................................................39 Exemples .............................................................................................................................45 Une graine ? une plante ? .............................................................................................46 Le clown dont le nez s’allume ......................................................................................55 Résumé ...............................................................................................................................62 Bibliographie ......................................................................................................................67 Notes .............................................................................................................................................69 * L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES FONDÉ SUR L’INVESTIGATION 6 Préambule Ce document est destiné aux enseignants et aux formateurs de l’école primaire. Il présente dans sa première partie certains aspects de l’ensei- gnement des sciences fondé sur l’investigation (ESFI) ainsi que ses implications pour la classe en s’appuyant sur des outils pédagogiques créés dans différents pays. La seconde partie propose des conseils permettant d’adapter et de conce- voir des modules d’activités pour la classe.                 * L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES FONDÉ SUR L’INVESTIGATION 9 Qu’est-ce qu’un enseignement des sciences fondé sur l’investigation ? L’enseignement des sciences fondé sur l’investigation (ESFI) s’appuie sur la compréhension des modes d’apprentissage des élèves, sur la nature de l’investigation scientifique et sur l’identification des connais- sances et compétences que les élèves devront maîtriser. Il présuppose également que les élèves compren- nent réellement ce qu’ils apprennent et ne se limitent pas à apprendre des contenus et des informations. Contrairement au processus d’apprentissage dans lequel la satisfaction d’être récompensé constitue la seule motivation, l’ESFI recherche à motiver les élèves par la satisfaction d’avoir appris et compris quelque chose. Il ne s’agit pas de mémoriser sur le court terme des quantités d’informations mais, plutôt, de s’at- tarder sur certaines notions pour les consolider et les renforcer à mesure que l’élève grandit. Mode d’apprentissage des élèves L’ESFI s’appuie sur des expérimentations et recherches qui permettent de comprendre plus finement la manière dont les élèves apprennent les sciences1. Ces recherches suggèrent que la curiosité naturelle des élèves leur permet, au moins en partie, de donner du sens au monde qui les entoure en participant à le rendre prévisible. Elles suggèrent aussi que les élèves cherchent notamment à dégager, de leurs propres expériences et de leur interaction avec les autres élèves, des modèles explicatifs. C’est en se référant à leurs expériences antérieures que les élèves construisent leur compréhension du monde. Une remarque importante à ce sujet : cette démarche de l’élève conduit souvent à des conceptions que l’on pourrait qualifier de naïves car elles résultent d’un mode de pensée, certes logique, mais souvent scientifiquement incor- rect. Un exemple est souvent cité pour illustrer ce point : beaucoup d’élèves (mais aussi d’adultes) pensent que c’est l’ombre de la Terre qui est la cause des différentes phases de la Lune. Si on se base sur l’expérience quotidienne qui nous montre qu’un objet produit une ombre lorsque les rayons du Soleil sont dirigés sur lui et sur le fait que le Soleil éclaire la Terre, cette idée n’est pas irrationnelle. Elle révèle tout simplement des connaissances et des expériences inappropriées. Il faut donc que l’enseignement des sciences apporte aux élèves des expériences supplémentaires, soigneusement choi- sies et structurées. Elles leur permettront de poursuivre leur développement intellectuel en s’appuyant sur une réflexion scientifiquement plus exacte. La nature de l’investigation scientifique La compréhension du processus d’investigation scientifique constitue un des fondements de l’ESFI. Il est illustré dans la figure ci-contre par un système ou un ensemble d’étapes assez proches de la façon dont les scientifiques procèdent dans leur travail. Mais quelques précautions s’imposent. Ce système ne se résume pas à un ensemble d’étapes à suivre. Ces étapes servent plutôt de cadre au processus. Pour les élèves, cela débute par une phase d’exploration qui leur permet de se familiariser avec le phénomène qu’ils vont étudier. On passe, ensuite, à une phase d’investigation constituée de plusieurs parties. Les nombreuses flèches de la phase de concep- tion et de conduite d’investigations indiquent qu’il ne s’agit pas d’un processus linéaire. L’investigation scientifique, qu’il s’agisse de celle de l’élève ou du scientifique, est un processus compliqué. Les étapes décrites dans la figure risquent d’avoir besoin d’être repensées, certaines méritant que l’on s’y attarde ou parfois même qu’on les saute. Par exemple, si les résul- tats des investigations des élèves ne viennent pas valider leur prédiction ou suggestion (voire hypothèse) de départ, ils auront besoin de questionner ces dernières, de revenir au point de départ de leur recherche et de concevoir une nouvelle 1 Duschl, Richard A., Heidi A. Schweingruber, et Andrew W. Shouse, eds. 2007. Taking Science to School : Learning and Teaching Science in Grades K–8. Washington, DC : The National Academies Press. 10 L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES FONDÉ SUR L’INVESTIGATION expérience. Si l’investigation conduite par leurs soins n’aboutit pas, ils devront en imaginer une autre. Lorsqu’ils parviennent à une première conclusion, mais que celle-ci diffère de celle proposée par un autre groupe, ils devront procéder à une véri- fication de leurs résultats. On passe à la troisième phase de ce processus lorsque les élèves ont effectué un certain nombre d’investigations et qu’ils sont prêts à faire une synthèse de ce qu’ils ont appris pour en tirer des conclusions finales (travail souvent réalisé en classe entière). On passe alors à la quatrième phase : celle où les élèves communiquent leurs nouveaux acquis à un public plus large. Pour finir, précisons deux points. D’une part, selon les sujets traités et la nature de l’investiga- tion envisagée, il faudra que l’enseignant prévoie d’insister sur certaines phases du processus. D’autre part, l’ensemble des étapes de ce processus ne sera pas forcément présent dans chaque séance. Cadre de la démarche scientifique d’investigation Plusieurs investigations seront nécessaires à certains modules ou parties de module pour parvenir à la phase « Tirer des conclusions finales ». Il est rare qu’une séance ou leçon faisant partie d’un module contienne l’ensemble des parties de la phase « Concevoir et conduire des investigations scientifiques » présentées dans le schéma. Aucune séance ou leçon ne comprend la totalité des phases présentées dans le schéma. Mettre en commun Réfléchir Coopérer Discuter Débattre Noter                                         $              #                   #                 #                                                         # !  #               #            #                              uploads/Science et Technologie/ ibse-guide.pdf

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