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Haute école pédagogique Avenue de Cour 33 - CH 1014 Lausanne www.help.ch De l'importance de la pratique expérimentale dans l'enseignement des sciences Mémoire professionnel Travail de Julia Rebstein Mutti Alessandra Reginelli Sous la direction de Philippe Lo Bello Membres du jury Philippe Lo Bello Mathieu Grossenbacher Lausanne, Juin 2012 Remerciements Nous remercions chaleureusement M. Philippe Lo Bello pour l’attention et le suivi apportés tout au long de la réalisation de ce travail. Un grand merci à nos élèves du Bugnon pour les réponses données à notre questionnaire. Un pensée aussi particulière à nos proches pour s'être soumis à nos questions sur leur passé d'étudiants. Rebstein&Reginelli 06/2012 2 /41 Table des matières 1. Motivation 4 2. L’évolution de l’ enseignement des sciences à l’école secondaire post-obligatoire. Une petite introduction. 5 2.1. Les débuts 5 2.2. L’enseignement moderne 5 2.3. Notre expérience directe et indirecte 9 3. Théorie ou pratique ? Quelques textes de référence 11 4. L’expérimentation en classe 14 4.1. Démonstration en classe 14 4.2. Les Travaux Pratiques (TP) 14 4.3. Exemple de démonstration en classe (physique) 15 4.4. Exemple de démonstration en classe (chimie) 18 4.5. Exemple de travail pratique en physique. 19 4.6. Exemple de travail pratique de chimie 22 5. Méthodologie 25 6. Résultats et discussion 27 6.1. Analyse des réponses 27 6.2. Analyse des commentaires 33 6.3. Méta-analyse 34 6.4. Comment on peut améliorer la pratique expérimentale 35 7. Conclusion 37 8. Références bibliographiques 38 9. Annexes 41 Rebstein&Reginelli 06/2012 3 /41 1. Motivation Nous avons terminé les études gymnasiales au début des années nonante. La technologie n’était pas encore vraiment entrée dans l’enseignement et à l’époque, toutes les écoles n’étaient pas équipées de laboratoires riches en matériel et consommables. Ce fut un choc plutôt positif pour nous, en arrivant dans l’enseignement maintenant, de pouvoir intégrer à l’enseignement « classique » de nouvelles possibilités liées à l'utilisation de la pratique expérimentale. L’idée était donc d’analyser les deux façons d’étudier les sciences. Nous nous sommes dès lors posé plusieurs questions ; comment l’expérimentation active (TP) ou passive (courtes expériences menées par l’enseignante pendant le cours) peut-elle inﬂuencer la compréhension des disciplines scientiﬁques de nos élèves ? Pour notre génération, l’absence ou la présence de laboratoire a-t-elle inﬂuencé le choix des études et des professions ? Pour nous deux la réponse est non. Nous avons décidé de continuer à étudier des disciplines scientiﬁques, sans que l'absence de pratiques expérimentales, en ce qui concerne la physique, ou la présence de pratiques expérimentales, en ce qui concerne la chimie, n'inﬂuence ce choix. En revanche, pour beaucoup de nos camarades de classe de l'époque, ce manque d’activité expérimentale a favorisé l’éloignement de ces disciplines. Rebstein&Reginelli 06/2012 4 /41 2. L’évolution de l’ enseignement des sciences à l’école secondaire post-obligatoire. Une petite introduction. 2.1. Les débuts Déjà lors du XVIIIe siècle on commence à comprendre l’importance de la transmission des techniques utilisées dans les expériences de sciences pour pouvoir conserver la pratique et la connaissance liées à ces techniques. Par contre, c'est seulement au sein des corporations qu’il y a cette transmission des connaissances scientiﬁques. Un peu plus tard, vers la ﬁn du XIXe siècle et sous l’inﬂuence de Marie Pape Carpentier (Klein 2007), pédagogue féminine pour l'éducation de la petite enfance, « la leçon des choses » est introduite. Il s’agit de « partir des choses, de s’appuyer sur la perception et l’intuition guidée » et elle a pour but d’habituer l’enfant à « observer, comparer, juger, à raisonner le témoignage de ses sens ». Son objectif principal est donc d’encourager l’esprit d’observation des élèves. Au début des années 1920, la manière d'enseigner prend un caractère expérimental ; c’est la naissance de l’enseignement par l’action ou constructivisme selon Piaget (Bourgeois 2006). Ce caractère expérimental reste néanmoins pour longtemps seulement un point théorique parce que l’expérimentation est jugée trop difﬁcile à mettre en œuvre. 2.2. L’enseignement moderne En France, à la ﬁn des années 1960, un certain malaise commence à grandir au sein de la communauté scientiﬁque : l’enseignement des sciences à l’école secondaire post- obligatoire ne parvient pas à réaliser tout ce qu’on attend de lui. Les enseignants sont très alarmés et les raisons sont multiples : ils ont constaté qu'il y avait une profonde désaffection des élèves vis-à-vis des sections scientiﬁques, l’enseignement de la physique étant même supprimé dans les classes de baccalauréat en terminale A (philosophie-lettres). Les enseignants mettent en évidence l’absence d’évolution des programmes et un « décalage croissant entre la physique enseignée, la physique pratiquée quotidiennement et telle qu'elle se manifeste en permanence via ses applications technologiques. » (Hulin 1991, p.14). A ce moment, la préoccupation pour l’avenir de l’enseignement des sciences est telle que les enseignants commencent à envisager une réforme. Ce qu’écrit M. Lagarrigue (1977), physicien et président de la Société française de physique, au Ministre de l’éducation est très éloquent : Rebstein&Reginelli 06/2012 5 /41 Outre l’intérêt pratique certain de l’enseignement des sciences physiques, aussi bien comme formation de l’esprit que par leur contenu même, nous aimerions donner aux élèves surtout à ceux des sections littéraires, un aperçu de la richesse intellectuelle et philosophique de ce qu’on appelle, depuis le début du siècle, la « physique moderne ». [...] En cette moitié du XXe siècle, on ne saurait concevoir un homme cultivé qui n’ait pas au moins un aperçu de ces problèmes et de la richesse de nos connaissances (p. 14). Sous l’impulsion de l’un des physiciens les plus importants de l’époque, le professeur Brossel, un groupe de travail est créé. Ce groupe comprenait des représentants de l’Union des physiciens (UDP), de la Société chimique de France (SCF) et de la Société française de physique et il avait pour but d'analyser la situation réelle de l’enseignement des sciences physiques. Les membres du groupe présentent, en 1970, un rapport où ils rendent manifeste la nécessité d’une rénovation en profondeur de la façon d’enseigner les sciences. En conséquence de ce rapport, le ministre Olivier Guichard créé une commission, qui prend le nom de son président : M. Lagarrigue. Les membres de cette commission doivent tout d'abord travailler sur trois points fondamentaux : • Améliorer l’enseignement de la technologie dans le premier cycle ; • Rénover les contenus et les méthodes de l’enseignement des sciences physiques dans le second cycle ; • Revoir la formations des enseignants. En 1975, une deuxième commission est chargée de redéﬁnir les objectifs et les programmes des sciences pour l’enseignement secondaire. Nicole Hulin dans son article (Hulin 1991) résume les éléments essentiels sortis de ce travail en cinq points : • Importance de la pratique expérimentale comme caractéristique des sciences physiques ; • Importance de l’acquisition des connaissances scientiﬁques et techniques de base (ordres de grandeur, schémas d’explication qualitative, modélisation, information sur le monde technique et les connaissances fondamentales en physique y comprises les plus récentes) ; • Importance de l’entraînement à la manipulation, à l’observation, à la réalisation et à la représentation d’objets et de phénomènes ; • Importance de l'entrainement aux modes de raisonnement des sciences physiques, en essayant de présenter aux élèves l’interaction dialectique entre théorie et expériences ; • Ils soulignent aussi que l’objectif n’est pas de former de futurs physiciens, ni même des ingénieurs, mais de transmettre la culture scientiﬁque. Rebstein&Reginelli 06/2012 6 /41 Plus récemment, en 1996, sous le parrainage du prix Nobel Georges Charpak, l’opération « la main à la pâte » est lancée, (Charpak 1998) qui a comme objectif de donner envie aux enseignants de faire de plus en plus d'expérimentations en classe. Au début, seulement 350 maîtres volontaires d’école primaire sont concernés dans le projet. Ils sont chargés de rédiger des ﬁches expérimentales concernant toutes les disciplines scientiﬁques, mais centrées surtout sur le monde du vivant, la matière et l’énergie, la lumière et la technologie. Ce projet a beaucoup de succès et en juin 2000, le Ministère de l’Education décide de généraliser cette méthode. Cette décision se traduit par la création d'un plan de Rénovation des Sciences qui doit être réalisé dans les classes de tous les niveaux et a pour but de développer une approche pédagogique visant la découverte des sciences. Ce plan a largement contribué à modiﬁer l’approche de l’enseignement scientiﬁque et aussi les programmes. En effet, «d’un point de vue pédagogique, l’objectif du plan est que les élèves s’interrogent, agissent de manière raisonnée et communiquent, qu’ils construisent leurs apprentissages en étant acteurs des activités scientiﬁques ». (Ajchenbaum-Boffety et al., 2000, p. 8) Aux USA aussi, le débat autour de l’importance de l’expérimentation est très engagé. Depuis plus de trois décennies, les chercheurs en physique ont montré à plusieurs reprises que les cours traditionnels d’introduction à la physique ne sont pas efﬁcaces pour améliorer la compréhension des élèves. Par cours traditionnels ils entendent des cours comprenant uniquement des leçons ex-cathedra où les élèves restent passifs, des laboratoires basés sur des protocoles qui ne donnent pas aux élèves beaucoup de marge de manœuvre et des tests basés exclusivement sur des problèmes algorithmiques (McDermott et Redish 1999). Plusieurs études sur ce sujet ont uploads/Science et Technologie/ memoire-3.pdf