Universités d'été « La pluridisciplinarité dans les enseignements scientifiques : Tome 2 »

Atelier n°1 : Les objectifs des travaux pratiques

Animatrice : Hélène Richoux, professeur de physique-chimie au lycée Marcel Pagnol d'Athis-Mons et à l'Inrp-Didactique des sciences expérimentales

Intervenants : Maryline Coquidé, maître de conférences en didactique de la biologie à l'université et IUFM Rouen, Lirest ENS Cachan, Odile Gallais, maître de conférences en chimie à l'université Paris-Sud, Laurent Jourdan, Igen de sciences et techniques industrielles, Jean-Marie Virely, ENS Cachan

35 stagiaires des différentes disciplines scientifiques ont participé aux travaux des deux séances de l'atelier : 7 enseignants en sciences de la vie et de la Terre, 4 en sciences et techniques industrielles et enfin 24 en sciences physiques et chimiques. Les participants à l'atelier enseignent à différents niveaux : collège, lycée, CPGE, université, ENS et IUFM.

L'atelier a été construit dans le but, d'une part, de sensibiliser les participants aux différents niveaux d'objectifs, d'expliciter et de distinguer les objectifs d'apprentissage visés pour une séance de travaux pratiques des fonctions et missions des activités expérimentales réalisées par les élèves en sciences et, d'autre part, de réfléchir sur l'articulation entre les tâches et activités proposées aux élèves et l'apprentissage visé.

Après un rappel de l'importance donnée dans l'enseignement scientifique et technique français aux activités expérimentales réalisées par les élèves, l'enjeu de l'atelier a été présenté.

Objectifs d'apprentissage, fonctions et missions des activités expérimentales

Afin de faire émerger les objectifs d'apprentissage visés lors de séances de travaux pratiques, les participants ont travaillé par groupes dans lesquels, pour enrichir la réflexion et les débats, les différentes composantes (disciplines et niveaux d'enseignement) étaient représentées. Les productions attendues, comportant cinq objectifs d'apprentissage, devaient donc représenter les choix et les formulations de chaque groupe.

Un long travail de discussion (s'appuyant ou non sur des fiches de travaux pratiques) entre les membres de chaque groupe, travail soutenu par l'ensemble des animateurs, a permis de recueillir des listes "d'objectifs"  :

Groupe 1 :

  • savoir observer
  • savoir agir
  • savoir conceptualiser
  • savoir coopérer
  • devenir autonome

Groupe 2 :

  • analyser et interpréter des faits et des résultats expérimentaux
  • organiser, exploiter et traiter les résultats
  • manipuler du matériel et des appareils
  • donner du sens à un concept, à un savoir
  • découvrir une notion nouvelle
  • répliquer une expérience historique
  • impliquer l'élève

Groupe 3 :

  • acquérir une méthode de travail
  • acquérir des connaissances (articuler, concrétiser, etc.)
  • acquérir des savoir-faire
  • apprendre à communiquer
  • apprendre à travailler en groupe

Groupe 4 :

  • confrontation au réel
  • savoir faire technique
  • démarches scientifiques
  • savoir être, comportement
  • évaluation formative

Groupe 5 :

  • établir un protocole
  • réinvestir des connaissances
  • validation d'un acquis de cours
  • différences réel, modèle

Une première lecture montre la variété des "objectifs" proposés. Ces résultats font également apparaître la cohérence de la production de chaque groupe : ainsi, par exemple, le groupe 1 propose une liste d'objectifs qui ne sont pas spécifiques aux travaux pratiques de sciences et qui sont des objectifs à long terme, alors que le groupe 2, dans la formulation donnée, paraît énumérer essentiellement un ensemble de tâches, d'activités d'élèves.

Ce travail, par la durée des discussions, par les productions obtenues, montre à l'évidence la difficulté à différencier objectifs et tâches et à définir des objectifs d'apprentissage.

Afin d'analyser des fiches de travaux pratiques de physique, chimie et biologie des niveaux lycée et début d'université, une liste d'objectifs d'apprentissage a été élaborée dans le cadre du projet européen "Labwork in Science Éducation" :

  • aider les élèves à...
    • identifier des objets et des phénomènes et à se familiariser avec eux ;
    • apprendre un ou des fait (s) ;
    • apprendre un concept ;
    • apprendre une relation ;
    • apprendre une théorie, un modèle ;
    • apprendre comment utiliser un instrument de laboratoire courant, ou installer et utiliser un dispositif expérimental classique ;
    • apprendre comment exécuter un mode opératoire classique ;
    • apprendre comment planifier une recherche pour s'attaquer à une question ou à un problème spécifique ;
    • apprendre comment traiter des données ;
    • apprendre comment utiliser des données pour appuyer une conclusion ;
    • apprendre comment communiquer les résultats de leur travail.

La discussion qui s'est appuyée sur cette liste a permis à la fois de préciser et d'éclairer les choix qui ont été pris en compte lors de son élaboration (ce sont les seuls savoirs et savoir-faire disciplinaires qui sont ici visés) et de faire apparaître les différences avec les objectifs proposés par chaque groupe de travail.

Tâches proposées et apprentissages visés

Dans une deuxième phase, c'est une réflexion autour des tâches planifiées pour les apprentissages visés qui a été l'objet du travail des groupes.

La majorité des tâches proposées (telles qu'elles ont été formulées) peuvent être regroupées autour de quatre pôles :

  • la mise en œuvre de matériel et d'instruments :
    • mettre en œuvre du matériel ;
    • manipuler du matériel ;
    • mesurer (choix d'appareils, réglage, etc.) ;
    • mesurer le plus précisément possible.
  • l'élaboration et/ou la mise en œuvre d'un protocole expérimental :
    • suivre un protocole, appliquer un protocole ;
    • formuler un protocole, établir un protocole ;
    • écrire un protocole ;
    • justifier un protocole.
  • le traitement des mesures :
    • traiter les mesures ;
    • conclure à partir de résultats obtenus.
  • la rédaction d'un compte rendu :
    • rédiger un compte rendu ;
    • réaliser un compte rendu.

Parallèlement un seul groupe a proposé : observer / décrire et schématiser ; émettre des hypothèses.

Ce travail de groupe a permis de mettre en évidence les tâches communes demandées aux élèves dans les différentes disciplines scientifiques, mais n'a pas fait apparaître les spécificités des différentes disciplines (ce qui peut s'expliquer par la forte proportion d'enseignants de physique-chimie).

Dans une des séances, les résultats établis par la recherche européenne déjà citée ont été présentés ; la réflexion s'est prolongée sur la cohérence entre objectifs visés, tâches planifiées et consignes en analysant des réponses d'élèves et en observant, sur un film vidéo, la mise en œuvre des connaissances des élèves d'un binôme lors de la construction d'une argumentation (extrait d'un film vidéo réalisé pour la recherche Inrp-Lyon II en cours "Conception et analyse d'activités pour la formation scientifique").

Ont été ensuite présentés les caractères propres aux TP de technologie où l'objet d'étude n'est pas le phénomène mais le produit industriel réalisé pour son exploitation. Cette approche, d'une part, donne du sens à l'analyse par la validation de la pertinence de l'usage et, d'autre part, permet d'aborder la complexité des contraintes qui jalonnent la réalisation de produit. L'explicitation des principes sur lesquels s'appuie la conception des TP (avec notamment le choix explicite des objectifs d'apprentissage) et des précisions sur la place et les critères de l'évaluation des compétences acquises ont également été apportées aux stagiaires.

Enfin, le débat a été élargi autour des objectifs des activités expérimentales en TP en présentant :

  • les fonctions des travaux pratiques (au niveau de la classe) :
    • fonctions de scientificité ;
    • fonctions d'authenticité ;
    • fonctions éducatives ;
    • fonctions pédagogiques.
  • les missions des travaux pratiques (au niveau du curriculum) :
    • combler un déficit de familiarisation pratique aux objets et phénomènes ;
    • développer un rapport expérimental au monde : transformer ses conceptions, affronter la matérialité des sciences, développer une rationalité expérimentale ;
    • favoriser des orientations professionnelles positives.

Une analyse (selon ce dernier point de vue) des "objectifs" visés pour les travaux pratiques dans les programmes de lycée et de collège en sciences de la vie et de la Terre et en sciences physiques fait apparaître une imbrication des "objectifs d'apprentissage", des fonctions et des missions ; on retrouve cette même difficulté dans le travail des groupes de l'atelier : ce sont les fonctions éducatives et pédagogiques qui sont le plus souvent distinguées.

En conclusion, la richesse des échanges qu'ont suscité les activités développées dans cet atelier montre l'intérêt des enseignants des différentes disciplines scientifiques pour une clarification du concept d'objectif et l'importance qu'ils y attachent pour leur enseignement. Le débat a mis en évidence la difficulté qu'éprouvent les enseignants à construire des activités de TP qui contribuent de façon pertinente à l'acquisition de compétences par les élèves ; il a fait émerger une forte demande de formation des professeurs.

Actes de l'université d'été - La pluridisciplinarité dans les enseignements scientifiques - La place de l'expérience

Mis à jour le 16 avril 2011
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