Séminaire « L'enseignement des sciences et de la technologie à l'école »

Réussir la rénovation de l'enseignement des sciences et de la technologie à l'école

La démarche d'enseignement des sciences par l'expérimentation : les écueils à éviter

Jean-Pierre Sarmant, président du Comité de suivi national du plan de rénovation de l'enseignement des sciences et de la technologie à l'école

Il va être ici question de la pédagogie mise en œuvre, et plus particulièrement de la définition et de la maîtrise du questionnement, sur lequel elle est fondée. Les deux interventions ne sont en rien contradictoires. Elles ont été conçues en parallèle, chacune focalisant sur un aspect différent.

Mon exposé va porter sur les problèmes posés par le questionnement dans le contexte d'un enseignement rénové des sciences. Il n'a pas prétention à être exhaustif. Par ailleurs, il est complémentaire avec celui de Jean-Michel Bérard.

Les éléments de réflexion suivants sont issus de mon expérience limitée, acquise au cours de la mission qui m'a été confiée par le ministre de l'Éducation nationale, dans le cadre de laquelle j'ai effectué pendant trois mois des visites de classe et ai rencontré des instituteurs et divers acteurs de terrain. Le but de cet exposé est de tenter de tirer des leçons de quelques faits que j'ai eu l'occasion d'observer.

" Nul n'a réponse à tout "

L'anecdote

A l'issue d'une visite de classe, une maîtresse m'indique que l'une des questions posées par les enfants la gêne. Ces derniers souhaitent savoir pourquoi l'eau est transparente. La maîtresse leur a répondu qu'elle l'ignorait et qu'elle allait se renseigner. Je demande de l'aide à une jeune polytechnicienne, intervenante extérieure, mais elle se révèle également incapable d'expliquer ce phénomène.

J'invite tout d'abord les élèves à débattre sur la question, en leur demandant la signification de l'expression " eau transparente ". S'agit-il d'une référence à la distinction entre eau propre et eau sale ? Cela n'est pas le cas. Il ne s'agit pas non plus de la question : " l'eau a-t-elle une couleur ou n'en a-t-elle pas ? ". La question est bel et bien : " pourquoi la matière eau est-elle transparente ? ". Cette interrogation est donc d'ordre ontologique.

J'indique ensuite aux enfants qu'ils vont être déçus car je ne leur donnerai pas de réponse. Je précise que la maîtresse a eu raison de dire qu'elle ne savait pas. J'explique qu'un aveu d'ignorance peut avoir différentes significations : soit la maîtresse ne sait pas, mais quelqu'un d'autre peut savoir, soit personne ne sait, même les grands savants, en raison de la complexité du problème. Cela dépend de ce que l'on entend par " savoir ". Je signale aux enfants qu'il existe des éléments de réponse à leur question, mais que les termes explicatifs leur sont inconnus. J'ajoute qu'en revanche, ils ne sont pas inconnus pour la jeune polytechnicienne. Je me tourne vers elle et lui explique que si l'on se représente la molécule d'eau selon un modèle, validé par des considérations de physique, au sein duquel elle est représentée comme une boule avec des ressorts, la lumière fait bouger les boules, et le tout vibre en prenant de l'énergie sur la lumière. Cependant, les ressorts sont assez durs, et les vibrations ne sont donc pas dans le domaine de la lumière visible mais dans celui de l'infrarouge. En résumé, l'eau absorbe l'infrarouge. Voilà pourquoi, pour la lumière visible, relativement loin de l'infrarouge, l'absorption de l'eau est non pas nulle mais relativement faible. La réponse physique complète est évidemment bien plus complexe, mais grâce à cette explication, je démontre l'existence d'une réponse, tout en indiquant aux enfants qu'elle recourt à des termes qu'ils connaîtront plus tard, s'ils patientent et poursuivent leurs études.

Un peu déçus, les enfants me demandent s'il n'existe aucun moyen de leur expliquer le phénomène plus simplement. Je leur raconte alors une histoire, tout en leur précisant qu'elle n'est pas sérieuse. Je leur explique que si l'on cherche à ne prendre qu'une toute petite partie de l'eau, on n'arrive pas jusqu'au bout. Les élèves m'indiquent que leur maîtresse leur a déjà parlé des molécules - elle n'était d'ailleurs pas tenue de le faire, car cela ne fait pas partie des objectifs de connaissance exigible à l'école primaire. Certains élèves me disent même : " l'eau, c'est un Mickey avec ses deux oreilles ". Je dessine donc Mickey et ses deux oreilles au tableau, et indique aux enfants que la lumière, pour des raisons que je ne peux expliquer, tire sur les oreilles, qui s'agrandissent. En s'agrandissant, elles arrêtent un peu la lumière, qui passe moins aisément. Pour l'eau, ces oreilles sont très dures, très résistantes, et s'agrandissent très peu, ce qui explique que l'eau soit transparente, alors que pour d'autres corps, le même phénomène ne se traduit pas par les mêmes effets.

J'explique ensuite aux élèves que cette histoire n'est ni sérieuse ni vraie, et que le résultat aurait été identique si j'avais raconté n'importe quel mensonge. J'ajoute que s'ils suivent par la suite des études scientifiques, ils s'apercevront néanmoins qu'elle possède un petit fond de vérité.

La réflexion

Il faut retenir de cette anecdote qu'il n'y a aucune honte pour le maître à dire : " je ne sais pas ". Il existe des questions élémentaires se rapportant à la matière qui nous entoure et qui font l'objet de discussions sans fin entre spécialistes, notamment sur la confiture ou les raisons qui font que la mayonnaise prend ou ne prend pas, question à propos de laquelle les spécialistes pensent d'ailleurs avoir trouvé une réponse.

Se pose également le problème des niveaux de formulation. Il est toujours possible de trouver une réponse, mais le maître doit se demander s'il en maîtrise les termes, et si ces derniers lui fournissent une réponse transférable aux enfants. C'est au maître de juger. C'est en effet lui qui connaît le niveau raisonnable pour les élèves. Il est par ailleurs préférable qu'il dispose d'éléments de documentation.

Cette démarche est parfaitement gérable, à condition toutefois que les programmes ne fassent pas obligation professionnelle au maître de se lancer dans des situations qu'il ne saura pas gérer.

Lorsque le maître est face à une classe, il est certain que les questions vont fuser, et que certaines d'entre elles ne sont pas maîtrisables. Il s'agit du lot de tout enseignant, quel que soit le degré de l'enseignement. Les classes préparatoires aux grandes écoles ont récemment été soumises à de nouvelles activités, les TIPE. Les professeurs de classe préparatoire ont ainsi découvert cette situation. Il y a là un côté révolutionnaire, mais l'enseignant se fera plus respecter en disant d'avance qu'il n'a pas réponse à tout. Tel est le message moral à donner.

Concernant le niveau de formulation et le caractère transférable ou non de la réponse, je vous livre une suite d'échanges qui s'est déroulée sur le site de La main à la pâte.

" Toute réponse n'est pas transférable "

L'anecdote

Une classe a envoyé à un scientifique de qualité, un référent, la question suivante : " pourquoi la terre tourne-t-elle (sur elle-même) ? ". Le scientifique répond que c'est parce qu'elle le faisait au début. Il conseille la réalisation d'une expérience consistant à faire rouler des billes sur un plan. Si ce dernier est bien lisse et la bille bien polie, elle tourne très longtemps. Or dans l'espace, il n'y a pas non plus de frottement.

En tant que physicien, je considère qu'il s'agit là d'une réponse remarquable quant à son niveau de formulation et excellente sur le fond, se rapportant à la " conservation du mouvement cinétique ". Cette explication me semble transférable aux enfants.

La même classe demande alors pourquoi la terre tourne autour du soleil. La réponse envoyée est la suivante : " prendre une corde, attacher une pierre au bout, faire tourner. Constater que l'on obtient un mouvement circulaire ". Cette expérience est peut-être réalisable, et l'idée qui la sous-tend propose une analogie parfaite - la capacité de vulgarisation est un grand talent. Que la corde soit l'image de l'attraction gravitationnelle est tout à fait exact, et cela donne bien un mouvement gravitationnel uniforme. Le maître sera-t-il sensible à cette image ? Cela dépendra de son niveau de formation. Cependant, transmise aux enfants, cette idée leur apportera-t-elle une connaissance nouvelle maîtrisable ? Cela est moins sûr.

La classe renvoie un message au scientifique, en lui indiquant que sa réponse est erronée. Les élèves ont en effet lu dans Encarta un article se référant aux lois de Kepler, et traitant des notions d'apogée, de périgée, d'aphélie, et de périhélie. Le scientifique donne alors des explications qualitatives. Elles sont toujours bonnes, mais le niveau ultime des possibilités de la vulgarisation a sans doute été atteint. La possibilité de convaincre, sans calcul scientifique, un interlocuteur ne possédant aucune formation préalable est en effet limitée.

La réflexion

Il est évidemment souhaitable que ce type d'échanges soit mis en ligne, mais il est cependant nécessaire d'une part de prévenir à qui il est destiné, d'autre part que l'usager en fasse un emploi rationnel, séparant les idées qu'il maîtrise mais qu'il ne peut transférer aux enfants de celles qui sont transférables.

Cet exemple montre également qu'il est nécessaire de savoir arrêter la cascade des pourquoi. Le terme " pourquoi " est ambigu. Si la réponse est ontologique, de l'essence des choses, le questionnement n'a pas de fin. Dans le domaine de la physique, un tel enchaînement aboutit inévitablement aux quarks ou aux premières microsecondes de l'univers. Le rôle des programmes et des documents d'accompagnement est justement de guider le maître et de lui indiquer le niveau raisonnable et la limite à partir de laquelle les compétences de chacun (élèves et maître) deviennent insuffisantes.

" Toute question n'est pas nécessairement la source d'une investigation réalisable par la classe "

Il s'agit du concept de question productive ou improductive, selon la formule que nous utilisons parfois au sein du groupe technique.

Concernant la question sur le pourquoi de la transparence de l'eau, on ne connaît pas de démarche expérimentale supposant un aller et retour et susceptible d'être envisagée à ce niveau. En revanche, à propos de la question " comment rendre de l'eau pure ? " (voir atelier " la purification de l'eau" dans les actes de l'université d'automne 2000), la référence des nombreux travaux réalisés, notamment en Haute-Savoie, sera mise en ligne. Il s'agit en effet d'un classique de la démarche d'expérimentation. On conçoit très bien comment arriver à poser la question aux enfants et parvenir à ce qu'eux-mêmes trouvent des idées, par exemple en se demandant si l'eau peut devenir plus pure en la filtrant puis en la refiltrant avec le même filtre. Le questionnement est ici productif.

Il est par ailleurs indispensable qu'une expérience débouche sur une conclusion. L'expérience doit donc être en accord avec le modèle. Si le maître a le modèle en tête, il peut facilement gérer de telles séquences d'expérimentation.

" L'expérience n'a pas toujours raison "

Cet énoncé peut paraître choquant au premier abord.

L'anecdote

Lors d'une séquence sur l'évaporation, les enfants doivent imaginer comment mettre en évidence le caractère fermé ou non d'un récipient. Ils décident de distinguer les récipients à bouchon des récipients sans bouchon. Cependant, ils comparent des récipients dont la superficie de la surface au contact de l'air, c'est-à-dire la surface libre, est très différente. Ils entreprennent donc des expériences très aléatoires, dont le résultat ne départagera pas l'importance du facteur " bouchon " de celle du facteur " surface ", les deux paramètres étant mêlés.

La réflexion

Il s'agit d'une idée banale en sciences, mais qui mériterait d'être enseignée en IUFM, et qui porte sur l'isolement des paramètres. Tous les paramètres ne peuvent être modifiés en même temps. Le protocole de cette expérience n'était en l'occurrence pas bien conçu.

" Les enfants n'ont pas toujours raison "

L'anecdote

La séquence porte sur le mélange de solides et de liquides, c'est-à-dire la dissolution, en termes scientifiques. En fin d'expérience, les élèves indiquent sur leur cahier, en guise de conclusion, que le sel ne se mélange pas à l'eau et au vinaigre, et que le sucre ne se mélange pas à l'eau.

A la fin de la classe, je m'aperçois que le maître n'a pas l'intention de revenir sur le résultat de la classe.

Le maître, qui manquait sans doute de renseignements ou de conseils, avait donné des consignes quant à la quantité de solide, afin d'éviter les gaspillages. Il n'en avait en revanche pas donné concernant la quantité de liquide. Les élèves avaient donc également économisé l'eau, et il restait du sel au fond du récipient.

La réflexion

Le maître, bien renseigné, aurait fait de cette expérience et de sa conclusion le départ d'une autre séquence au cours de laquelle les élèves auraient utilisé un volume de liquide plus important. Leur conclusion aurait alors été conforme au savoir établi.

En l'occurrence, le maître n'était pas un philosophe relativiste et avait simplement agi par inadvertance.

Cependant, il m'est arrivé de rencontrer une maîtresse, qui, dans le cadre d'une autre expérience comportant un piège identique, ne guida pas non plus les élèves vers une solution conforme au savoir établi. Son argument était qu'il n'y avait pas de raison pour que ce soit les enfants qui aient tort.

J'ai entendu de tels propos trois fois au cours de ma mission, ce qui m'a conduit à aborder, dans mon rapport, le thème de la " dérive relativiste ".

Les opinions exprimées par ces enseignants étaient les suivantes : " il n'y a pas de raison que les adultes aient plus raison que les enfants " et " on sait bien que la science s'est souvent trompée ". La maîtresse en question, qui possédait une certaine culture générale, me rappela d'ailleurs qu'au début du XXe siècle, la physique quantique avait démontré le caractère inexact de la physique de Newton.

Que répondre à de tels arguments ?

Il faut tout d'abord s'attacher à l'époque à laquelle a été élaborée une théorie scientifique. S'il s'agit par exemple de la science d'Aristote, il y a quelques chances qu'elle ait été contredite par des travaux scientifiques ultérieurs.

Cependant, depuis les débuts de l'ère moderne, il existe un concept, celui de la communauté scientifique internationale. Il arrive parfois qu'un scientifique se trompe, voire une équipe. On peut ainsi citer quelques exemples récents, à propos de la mémoire de l'eau ou de la fusion froide. Mais la conviction la plus largement partagée est que la communauté scientifique internationale ne se trompe pas longtemps, à cause de la reproductibilité des expériences et de la confrontation des interprétations. Le savoir établi est un savoir qui n'appartient pas à un livre ou à une théorie, mais à l'humanité et à son patrimoine. Il s'agit d'un savoir différent de la conclusion d'une expérience de dissolution menée par des enfants. Il ne faut certes pas en déduire que l'on peut tout tirer des livres. Le message est simplement qu'en cas de contradiction entre la conclusion des enfants et les livres, l'enseignant doit s'en inquiéter et déterminer l'origine de l'erreur.

Pour conclure

Il s'agit de conclusions à propos desquelles existe un certain consensus au sein des groupes que j'anime, et qui portent sur l'attitude à adopter vis-à-vis du questionnement. Ce dernier est très positif. Il exprime la curiosité de l'enfant et est à la base de la démarche que nous entendons mettre en œuvre. Il est cependant nécessaire de guider la manière de l'exploiter.

Un document circule déjà dans les ateliers, le Guide d'analyse d'une séquence. Il est à l'état provisoire et sera finalisé à l'issue de ce séminaire, suite à vos remarques ou suggestions, avant d'être soumis aux hautes autorités du comité de suivi. Il deviendra ensuite un document d'orientation.

Il indique que le questionnement doit être guidé dans tous les sens du terme. Il s'agit de ne pas prendre en compte uniquement la spontanéité des enfants. Le maître a un rôle très fort à jouer.

Il doit tout d'abord choisir, après réflexion, la situation de départ ou " situation déclenchante ". Il est certes souhaitable que celle-ci ait trait aux intérêts locaux et personnels de l'enfant, mais il est indispensable que le maître soit assuré qu'il dominera la situation. Il peut dire à un certain stade de l'expérimentation " je ne sais pas ", mais il ne pourra cependant pas, à la fin de l'expérience ou de la suite d'expériences, n'avoir apporté aucune réponse. Par ailleurs, les réponses doivent conduire à une nouvelle connaissance, elle-même inscrite dans les programmes. Cette démarche doit permettre l'acquisition de nouvelles compétences et de nouvelles connaissances.

Par ailleurs, il est nécessaire de préciser la signification du questionnement. Il n'existe rien de plus imprécis que le terme " pourquoi ? ", qui peut être à vocation finaliste (" pour quoi " ? ) ou être confondu avec le " comment ". Il arrive parfois que l'enseignant soit en mesure de répondre plus valablement en termes de " comment " qu'en termes de " pourquoi ". Par exemple, selon les lois de Kepler, la terre est parfois plus proche du soleil. En termes de " pourquoi ", l'explication réside dans une corrélation entre les lois de la gravitation et de la mécanique, que l'on enseigne péniblement aux étudiants de niveau bac+2. Cette réponse n'est d'ailleurs même pas vraiment une réponse au " pourquoi ". Il existe une autre réponse, en termes de " comment ", c'est-à-dire une réponse descriptive, beaucoup plus simple. C'est au maître de choisir en fonction des possibilités, afin qu'il ne soit pas désemparé.

Le questionnement ainsi maîtrisé, il est nécessaire de procéder à une reformulation en raison de la prise en compte du rôle d'apprentissage de la langue, capital dans la démarche mise en œuvre. La question reprise par les enfants doit être dans un français correct, naïf mais déjà retravaillé avec le maître.

Il y a donc un pilotage fort à mener. Par ailleurs, il est indispensable de bien soigner le début de la séquence (questionnement, questions de départ) et la fin (les connaissances, leur confrontation au savoir établi). Entre ces deux termes, la démarche est plus classique.

On peut avoir confiance. Il existe certes des écueils, mais il est préférable que le maître en soit conscient, ce qui lui évitera de se sentir déconsidéré. Il existe cependant un obstacle important. Nous n'avons généralement pas affaire à un public doté d'une formation initiale scientifique importante. Il nous revient donc, par le biais des programmes et des commentaires détaillés fixant les limites des objets de connaissance à donner, de rassurer les maîtres en les assurant qu'ils réussiront si les ambitions fixées à l'avance sont limitées.

Les sept merveilles de l'enseignement des sciences

Edith Saltiel, Institut national de recherche pédagogique

Les membres de l'équipe, les académiciens et moi-même avons visité un certain nombre de classes. Nous y avons vu des choses extraordinaires que nous avons appelées " sept merveilles ".

Un travail en groupe de qualité

Ces groupes contiennent au moins quatre élèves. Un groupe de deux, à l'instar des binômes dans les lycées, génère le plus souvent une hiérarchie, avec un leader et un soumis. En ce cas, au mieux les échanges fructueux deviennent difficiles, au pire s'installe un rapport de force. A l'inverse, un groupe de quatre peut se traduire par l'existence d'un ou deux leaders et de deux ou trois soumis, mais le comportement des soumis est en ce cas totalement différent.

Le travail de ces groupes dépend évidemment de ce qui leur est demandé. Il peut y avoir un travail individuel, voire des manipulations individuelles, mais les élèves doivent ensuite comparer les résultats de chacun et s'accorder pour déterminer qui a raison, non en fonction de sa capacité à parler plus fort que les autres, mais en fonction de ses arguments.

Ils peuvent également préparer et proposer ensemble une expérience. Il faut en ce cas également qu'ils discutent, argumentent et raisonnent afin d'élaborer une proposition commune.

Il y a parfois du bruit dans la classe : les enfants parlent, sont actifs, très vivants, ils se disputent parfois. Cette agitation peut donner l'impression qu'ils ne suivent pas la démarche d'expérimentation. Il arrive même que certains aient l'air de s'ennuyer. Cependant, lorsque vient le moment de synthétiser les faits, on s'aperçoit qu'ils ont suivi l'ensemble de l'action. Ce qu'ils font est extraordinaire. De surcroît, lorsque l'expérience infirme leurs hypothèses, ils acceptent leurs erreurs et sont capables de rebondir.

L'existence de prévisions argumentées

Ce sont des suppositions, des hypothèses élaborées par les élèves, accompagnées de l'explication de leur choix. Il ne s'agit pas uniquement de prévoir la réaction issue de l'expérience, mais de l'expliquer.

On distingue l'analyse des plus petits de celle des plus grands.

Prenons l'exemple d'une expérience réalisée avec des enfants de CP, consistant à faire dissoudre du sucre dans l'eau. Les explications de la dissolution variaient : " le sucre a disparu ", " il s'est envolé ", " quelqu'un l'a mangé ", etc. L'enseignante demanda quelles opérations ils envisageaient pour faire réapparaître le sucre. Certains enfants répondirent qu'il en fallait mettre un autre morceau, considérant que celui-ci n'allait pas se dissoudre. Cette hypothèse n'est pas dénuée de fondement, car si la quantité de sucre est trop importante par rapport au volume d'eau, il ne se dissout plus. D'autres enfants suggérèrent de vider l'eau, estimant que le sucre était caché, mais qu'il ne pourrait plus se cacher si l'eau était vidée. D'autres encore imaginèrent de dire une formule magique.

L'enseignante laissa chaque élève mener l'expérience qu'il souhaitait.

Un autre exemple concerne des élèves de CM1 qui voulaient voir si de l'eau filtrée devenait encore plus propre en étant refiltrée avec un filtre propre. L'une des élèves pensait qu'il était préférable de filtrer deux fois l'eau avec le même filtre, car ce dernier, rempli de terre, ne filtrerait plus aussi bien la seconde fois et retiendrait donc encore plus de saletés. Un autre élève avança une autre argumentation suivant laquelle les saletés qui passaient la première fois repassaient la seconde fois car le diamètre des trous restait toujours le même. L'expérience fut réalisée. L'enfant qui pensait qu'il fallait refiltrer l'eau avec le même filtre accepta le fait que c'était l'hypothèse de son camarade qui était juste. Elle avait donc appris quelque chose.

Il s'agit donc de faire réfléchir les enfants sur ce qui va se passer avant même de disposer du matériel.

L'autonomie des élèves

Les enseignants laissent faire les élèves autant que possible. Lors de l'expérience sur la dissolution du sucre, l'enseignante a donc laissé chacun mener l'expérience qu'il souhaitait (vider l'eau, rajouter un morceau de sucre, dire une formule magique, etc.) afin que les enfants constatent par eux-mêmes que leur expérience n'était pas couronnée de succès, que ce n'était donc pas l'élément qu'ils pointaient qui était décisif et qu'il leur fallait trouver le facteur déterminant.

J'ai eu l'occasion d'observer le déroulement d'une expérience " flotte, coule " réalisée avec de la pâte à modeler sous forme de galette ou de boule. Les hauteurs d'eau dans les aquariums n'étaient pas les mêmes entre les différents groupes de travail. L'un des enfants a demandé si ce facteur intervenait. L'enseignant, qui savait évidemment que cet élément n'intervient pas, a laissé procéder une autre manipulation, avec des hauteurs d'eau identiques, ce qui a permis à l'enfant d'apprendre.

La recherche systématique de synthèses, de règles provisoires ou de points communs

Le premier exemple concerne la séquence " flotte, coule ", courante dans le primaire, qui consiste à montrer des objets aux enfants et à leur demander s'ils flottent ou s'ils coulent, et quelles sont les raisons qui les amènent à formuler une hypothèse plutôt que l'autre.

Les enfants pensent généralement que les objets lourds ou grands coulent, et que les objets petits ou légers flottent. Au départ, ils ne sont pas toujours capables de donner une raison complète. Après l'expérience, ils se rendent compte qu'un pamplemousse flotte et qu'un grain de raisin coule, et que leur règle n'est donc pas adaptée. Il leur faut donc en trouver une autre. Cela n'est pas simple et demande une construction qui s'étend sur un long moment avant de parvenir à déterminer une règle provisoire. Celle-ci n'est pas fausse, mais incomplète, car il lui manque la notion de densité.

Le second exemple relève d'une toute autre approche et concerne l'électricité. Il s'agit d'une démarche classique, qui consiste à donner une pile et une ampoule aux enfants en leur demandant de faire en sorte que l'ampoule brille. Avec une pile plate, ils y parviennent généralement au bout d'un certain temps. La configuration est telle qu'il est en effet difficile de ne pas la faire briller. On leur demande de dessiner le montage qui a permis l'allumage de l'ampoule, puis d'allumer à nouveau l'ampoule, cette fois avec des fils. L'expérimentation devient alors plus compliquée. En effet, si les enfant sont parvenus un peu par hasard à allumer l'ampoule avec une pile plate, la présence des fils rend presque impossible l'intervention de la chance. On demande aux enfants de dessiner les montages qui fonctionnent, mais également ceux qui ne fonctionnent pas. Il est très important de connaître les montages ne fonctionnant pas, car cela permet d'établir une synthèse que les enfants peuvent déduire de leurs observations : il doit y avoir un fil qui part d'une borne, qui va au culot de l'ampoule, etc. - dans leur propre langage. Cette synthèse leur permet de définir et d'affirmer une règle. Ensuite, comme un scientifique, ils peuvent établir des prévisions, c'est-à-dire déterminer à l'avance si tel montage fonctionnera ou non.

L'honnêteté dans la constatation des résultats

Concernant le palier de température, on n'enseignera désormais plus que l'eau bout à cent degrés, mais à température constante, et que cette température peut par exemple être de quatre-vingt dix-neuf degrés.

Par ailleurs, il arrive souvent de faire travailler les enfants sur les isolants thermiques, en leur faisant classer les isolants pour savoir lequel est le meilleur. Le relevé des températures permet d'établir des courbes. Si les isolants sont voisins, les courbes vont donc se croiser, et l'on ne pourra rien en déduire. L'honnêteté, pour l'enseignant, consiste donc à le dire, même s'il sait que tel produit est plus isolant que tel autre. Il doit admettre avec les élèves que l'on ne peut rien en conclure, et qu'il faudra procéder à une autre expérience.

J'ai vu dans certaines classes des expériences réalisées avec le disque de Newton. Il s'agit d'un disque sur lequel se trouvent des cadrans de différentes couleurs. Lorsque l'on fait tourner ce disque, on doit théoriquement observer du blanc. Or, dans la réalité, on observe souvent du gris ou du beige. Certains enseignants disent exactement quelle est la couleur observée, mais d'autres affirment et font écrire en conclusion aux enfants que l'on observe du blanc.

La nature du questionnement

Il s'agit de savoir renvoyer la balle. Lorsqu'un enfant affirme par exemple que le thermomètre est cassé, de nombreux enseignants lui demandent d'expliquer les raisons qui lui permettent d'aboutir à cette conclusion. Lorsqu'un enfant affirme quelque chose, il est bon de lui demander quels sont ses arguments. De même, lorsqu'un enfant pose une question, on peut lui demander ce qu'il propose pour y répondre. On ne peut évidemment pas toujours répondre de cette façon, mais il est bien de voir que des enseignants acceptent de jouer le jeu. Cela déteint d'ailleurs sur le comportement des enseignants eux-mêmes et les amène à se questionner. Par exemple, à propos de l'eau transparente, un enseignant peut s'interroger sur les expériences à mener pour expliquer pourquoi cette transparence. Il arrivera alors à la conclusion qu'aucune expérimentation n'est envisageable. De la même façon, à propos de la conductivité de l'eau, l'enseignant doit se demander quelles activités il peut conduire pour s'apercevoir que la réalisation de ces expériences doit attendre.

L'écriture et la lecture

L'écriture est extrêmement importante ainsi que la lecture. Il a certes beaucoup été question d'expérimentation, mais elle n'est pas toujours possible. De la même façon, s'il est parfois envisageable d'observer, cela n'est pas toujours le cas, notamment en biologie, où il est impossible d'observer l'intérieur du corps humain. En revanche, on peut chercher des réponses à une question précise dans la documentation. Par exemple, dans le cadre de l'université d'été de Montpellier, nous avons tenté de voir comment expliquer le mouvement du bras - baisser et lever. Nous nous sommes aperçus que deux muscles étaient au moins nécessaires, mais sans savoir s'il y en avait plus en réalité. Il a donc fallu se documenter à ce sujet. La documentation est partie intégrante de l'expérimentation.

Il existe un point commun à toutes ces merveilles : l'élève pense, écrit, fait des erreurs, discute avec les autres, écoute l'autre, argumente et raisonne.

Conclusion générale

Jean-Pierre Sarmant

Le terme " expérience " en inquiète certains, qui pensent qu'ils ne peuvent tout de même pas tout faire apprendre par l'expérience. Nous en sommes convaincus. Le BO parle d'ailleurs " d'expérience, complétée le cas échéant par une recherche documentaire ". Le statut de la méthode d'investigation est à décliner suivant la branche étudiée. Nous essaierons de le préciser dans les programmes. Le terme d'expérience recouvre également une investigation générale, incorporant le recours à des documents. Il est d'ailleurs préférable que ces documents soient des représentations de la réalité plutôt que des simulations. S'il y a une primauté de l'expérience par rapport aux autres modes d'acquisition de la connaissance, ces derniers sont loin d'être exclus. Par ailleurs, la recherche d'une solution technologique a parfaitement sa place dans la démarche.

Il ne s'agit pas à proprement parler d'expérience, mais d'une démarche d'investigation qui fait intervenir le travail de l'esprit et la recherche des allers et retours.

Actes des séminaires interacadémiques - L'enseignement des sciences et de la technologie à l'école

Mis à jour le 15 avril 2011
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