IUFM de BOURGOGNE

Concours de recrutement : professeur des écoles.

L’APPRENTISSAGE DURAISONNEMENT

1. Comment faire en sorte que les séances de sciences et technologie (dé-marche expérimentale) soient fructueuses pour les élèves en termed’apprentissage du raisonnement ?

Et plus particulièrement :2. Comment mettre en œuvre une démarche métacognitive ?

EMERY Christophe

Directeur de Mémoire : Mr Barraud

Année 2003 Numéro de dossier : 02STA03594

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11 SSOOMMMMAAIIRREE1 Sommaire..................................................................................................................................... 22 Introduction................................................................................................................................. 42.1 Choix du sujet ........................................................................................................................... 42.2 Qu’est-ce que raisonner ?.......................................................................................................... 4

2.2.1 Une définition officielle. ............................................................................................................................................................42.2.2 Une « définition pédagogique ». ................................................................................................................................................4

3 Pourquoi apprendre à raisonner ? ............................................................................................ 63.1 Une exigence des Instructions officielles (I.O.). ....................................................................... 63.2 Un apprentissage du raisonnement si jeune est-il possible ?..................................................... 63.3 En quoi l’apprentissage du raisonnement peut-il être utile pour les élèves ?............................ 6

3.3.1 Un apprentissage nécessaire. .....................................................................................................................................................63.3.2 Utile pour leur réussite scolaire et professionnelle.....................................................................................................................63.3.3 Utile pour leur épanouissement en tant que citoyen. ..................................................................................................................7

4 Comment apprendre à raisonner : réponse théorique et choix d’une direction plus précisepour la mise en pratique. ................................................................................................................... 84.1 Comment apprendre à raisonner ?.............................................................................................8

4.1.1 Les principes à suivre. ...............................................................................................................................................................84.1.1.1 Expression et liberté.................................................................................................................................................................................. 84.1.1.2 Confrontation et adaptation ....................................................................................................................................................................... 84.1.1.3 Recherche et autonomie ............................................................................................................................................................................ 94.1.1.4 Analyse et remise en cause........................................................................................................................................................................ 94.1.1.5 La responsabilité du maître est essentielle, au quotidien et sur le long terme, pour améliorer la qualité et la rapidité des raisonnements

des élèves. 94.1.2 Les activités possibles..............................................................................................................................................................10

4.1.2.1 Les activités favorisant le développement des savoirs faire (cf ‎2.2.2) :.................................................................................................... 104.1.2.2 Les activités favorisant le développement des savoir être (cf ‎2.2.2) : ...................................................................................................... 104.1.2.3 Les activités favorisant le développement des savoirs (cf ‎2.2.2) :............................................................................................................ 11

4.1.3 Comment évaluer un raisonnement ?.......................................................................................................................................114.1.4 Conclusion intermédiaire, première restriction de la problématique. .......................................................................................11

4.2 Pourquoi les sciences ?............................................................................................................ 124.2.1 En quoi l’apprentissage des sciences peut-il favoriser l’apprentissage du raisonnement ?.......................................................12

4.2.1.1 Par la mise en œuvre de la démarche expérimentale, très riche en terme de raisonnement. ..................................................................... 124.2.1.2 Les démarches mises en œuvre en sciences sont analogues à celles utilisées dans d’autres domaines. .................................................... 124.2.1.3 La confrontation à la réalité est un moyen concret de tester le raisonnement........................................................................................... 12

4.2.2 Les raisonnements utilisés en sciences sont-ils transposables aux autres matières ? ................................................................134.2.2.1 Une question non triviale. ....................................................................................................................................................................... 134.2.2.2 Comment faire en sorte que les séances de sciences et technologie soient fructueuses pour les élèves en terme d’apprentissage du

raisonnement ? .............................................................................................................................................................................................................. 134.2.3 Deuxième conclusion intermédiaire et restriction de la problématique. ...................................................................................14

4.3 L’apprentissage par la métacognition ..................................................................................... 144.3.1 Principe général. ......................................................................................................................................................................144.3.2 Une méthode qui marche. ........................................................................................................................................................144.3.3 Quels peuvent être les apports de la métacognition ?...............................................................................................................15

4.3.3.1 Une prise de conscience des démarches. ................................................................................................................................................. 154.3.3.2 Des savoirs.............................................................................................................................................................................................. 154.3.3.3 Des attitudes............................................................................................................................................................................................ 15

4.3.4 Comment apprendre à raisonner grâce à la métacognition ? ....................................................................................................154.3.4.1 Le choix des situations pédagogiques...................................................................................................................................................... 154.3.4.2 L’activité réflexive doit être finalisée. ..................................................................................................................................................... 164.3.4.3 Un étayage nécessaire de l’enseignant..................................................................................................................................................... 164.3.4.4 Une utilisation bénéfique de l’écrit.......................................................................................................................................................... 164.3.4.5 La production personnelle est préférable. ................................................................................................................................................ 174.3.4.6 Le besoin de confrontations formalisées.................................................................................................................................................. 174.3.4.7 Utiliser les erreurs. .................................................................................................................................................................................. 174.3.4.8 Une progression sur le long terme est nécessaire..................................................................................................................................... 17

4.4 Problématisation pour la mise en pratique .............................................................................. 175 Mise en œuvre pratique au cycle 3. ......................................................................................... 185.1 Choix pédagogiques et justifications....................................................................................... 18

5.1.1 Domaine d’application.............................................................................................................................................................185.1.2 Utilisation de l’écrit. ................................................................................................................................................................185.1.3 Quelle confrontation ? .............................................................................................................................................................195.1.4 Une familiarisation nécessaire. ................................................................................................................................................195.1.5 Comment motiver les élèves ? .................................................................................................................................................195.1.6 Déroulement général................................................................................................................................................................19

5.2 Remarques sur le déroulement. ...............................................................................................205.3 Analyse de la séquence. .......................................................................................................... 20

5.3.1 Respect des I.O. .......................................................................................................................................................................205.3.2 Motivation des élèves. .............................................................................................................................................................205.3.3 Présentation des productions des élèves...................................................................................................................................20

5.3.3.1 Les réponses avant le questionnaire d’aide. ............................................................................................................................................. 205.3.3.2 Les réponses au questionnaire d’aide (séance de remédiation) (voir annexe 4)........................................................................................ 235.3.3.3 Les réponses après le questionnaire d’aide. ............................................................................................................................................. 265.3.3.4 Les montages et les analyses orales, avec le maître. ................................................................................................................................ 27

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5.3.4 Analyse de l’échec de la démarche prévue (notamment dans l’utilisation de l’écrit) : .............................................................285.3.4.1 Une familiarisation insuffisante avec le domaine. ................................................................................................................................... 285.3.4.2 Des difficultés d’expression écrite........................................................................................................................................................... 28

5.4 Comment mettre en œuvre une démarche métacognitive ? .................................................... 285.4.1 La démarche prévue a échoué dans cette expérience mais ne doit pas être rejetée...................................................................295.4.2 Faisabilité de la métacognition. ...............................................................................................................................................295.4.3 Comment prolonger la démarche engagée dans le cadre de ce mémoire ?...............................................................................29

6 Autres expériences. ................................................................................................................... 307 Conclusion : les apports du mémoire à ma formation........................................................... 318 Bibliographie ............................................................................................................................. 329 Annexes...................................................................................................................................... 33

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22 IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN

22..11 CCHHOOIIXX DDUU SSUUJJEETTJ’ai plusieurs fois observé des élèves ayant des difficultés à résoudre un problème, à problématiser

avant de se lancer dans une recherche, à savoir distinguer cause et effet… De même, on peut parfoisentendre de la part d’un enseignant parlant d’un élève : « Il a du mal à raisonner » , « Il n’arrive pas àjustifier »…

De tels comportements ou propos m’ont interpellé : qu’est-ce que « raisonner » signifie vraiment ?Existe-t-il un moyen d’améliorer la façon de raisonner des élèves ?

C’est pourquoi j’ai choisi de travailler sur l’apprentissage du raisonnement.

22..22 QQUU’’EESSTT--CCEE QQUUEE RRAAIISSOONNNNEERR ??« Raisonner » : ce terme semble couvrir en réalité plusieurs activités différentes et ce, dans différents

domaines.

22..22..11 UUnnee ddééffiinniittiioonn ooffffiicciieellllee..Le Larousse (7)1 donne deux définitions qui se complètent dans le cadre de l’école :- Se servir de ses facultés intellectuelles pour connaître, pour juger.- Passer d’un jugement à un autre pour aboutir à une conclusion.

22..22..22 UUnnee «« ddééffiinniittiioonn ppééddaaggooggiiqquuee »»..Si l’on veut rentrer dans une logique d’apprentissage efficace, il s’agit de préciser ce que l’on va

mettre derrière ce terme.

Ainsi, pour M. Tozzi (4a), « toute opération intellectuelle conduite selon des principes rationnels »est un raisonnement. Pour J.F. Richard (4b), « raisonner », c’est créer des inférences (opération par laquelle on admet la vérité d’une proposition en vertu de sa liaison avec d’autres propositions déjà te-nues pour vraies). Enfin, A. Giordan (4e) a lui une vision beaucoup plus riche et détaillée. Il distinguetrois « composantes » du raisonnement que l’école doit développer :

- « mettre en relation » (le raisonnement logique) : argumenter, conceptualiser, choisir, con-fronter, enchaîner, examiner, expérimenter, intégrer, observer, ranger.

- « mettre en interaction » (résoudre un problème avec ou sans solution) : systémiser, modéliser,simuler, gérer des contradictions, clarifier des valeurs.

- Savoir s’adapter et réviser ses jugements.

Finalement, à la lumière des définitions ci-dessus et mes expériences personnelles, je dirais que« savoir raisonner » est une combinaison de savoirs de trois ordres, à travailler avec les élèves de fa-çon plus ou moins développée selon leur niveau :

- Savoir faire :- logique (savoir établir des relations).- savoir poser un problème et le résoudre.- savoir tâtonner (émettre une hypothèse ; la tester ; la remettre en cause en fonction du ré-sultat du test, qu’il soit un échec ou une réussite).- Démarche interrogative : savoir prendre du recul sur sa démarche et ses résultats pour lesvérifier ou les remettre en cause (capacité d’analyse et esprit critique).

- Savoir être :- Rigueur- Objectivité- Esprit critique- Accepter l’erreur, l’échec

- Savoirs :

1 Les chiffres entre parenthèses indique une référence en fin de document (cf Bibliographie)

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- Connaissances spécifiques à chaque domaine : il est nécessaire de s’appuyer sur des con-naissances pour construire un raisonnement (Il est par exemple difficile d’essayerd’expliquer le phénomène de flottaison sans connaître la notion de poids (lourd / léger) etde volume (gros / petit))

- Avoir conscience de sa démarche de raisonnement pour en améliorer l’efficacité.

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33 PPOOUURRQQUUOOII AAPPPPRREENNDDRREE AA RRAAIISSOONNNNEERR ??

33..11 UUNNEE EEXXIIGGEENNCCEE DDEESS IINNSSTTRRUUCCTTIIOONNSS OOFFFFIICCIIEELLLLEESS ((II..OO..))..L’apprentissage du raisonnement est largement encouragé dans les programmes (3).Il doit commencer dès le cycle I, en particulier grâce à l’enseignement des sciences (« découvrir le

monde », p. 18). L’élève doit ensuite « consolider ses capacités de raisonnement » au cours des cyclessuivants et ce, dans toutes les matières (« raisonnement rigoureux », « esprit critique », « précision »,« utilisation à bon escient des connecteurs logiques »).

Il doit être capable d’actions, de « comportements » et de « choix » raisonnés. Il doit aussi pouvoirexpliciter et analyser un raisonnement ainsi que les raisons des règles de vie, de mathématiques, defrançais…

33..22 UUNN AAPPPPRREENNTTIISSSSAAGGEE DDUU RRAAIISSOONNNNEEMMEENNTT SSII JJEEUUNNEE EESSTT--IILLPPOOSSSSIIBBLLEE ??

Dès la naissance, l’enfant raisonne. Il peut ainsi mettre en relation des situations et des éléments dif-férents pour leur donner du sens (4b). L’amélioration de ces raisonnements est donc possible a priori.Ce point de vue est confirmé par les I.O.

La question est : comment ?

33..33 EENN QQUUOOII LL’’AAPPPPRREENNTTIISSSSAAGGEE DDUU RRAAIISSOONNNNEEMMEENNTT PPEEUUTT--IILL EETTRREEUUTTIILLEE PPOOUURR LLEESS EELLEEVVEESS ??

33..33..11 UUnn aapppprreennttiissssaaggee nnéécceessssaaiirree..Si dès la naissance, l’enfant raisonne pour connaître et s’adapter au monde, ses raisonnements ne

sont pas toujours efficaces et sources de vérité.

Ainsi, « leur démarche est souvent strictement intuitive et ils croient en leur première affirmation »sans jamais la remettre en cause. C’est ce qui explique les difficultés des jeunes à mener un raisonne-ment expérimental, d’après A. Giordan (4f). « La pensée logique est l’exception et l’inférence nondémonstrative est plutôt la règle » (Ripoll et Tricot (4h)).

Il y a donc de véritables risques d’erreurs ou de conclusions fausses, car trop rapides, si les« inférences non démonstratives » ne sont pas utilisées à bon escient.

D’où l’intérêt d’un apprentissage de modes de raisonnement plus efficaces pour « organiser sa mé-moire de telle sorte que les informations pertinentes soient facilement accessibles », et surtout pours’assurer que les informations utilisées et le résultat trouvé sont réellement pertinents. On peut utiliser« l’inférence non démonstrative » dans un premier temps mais il faut pouvoir vérifier qu’elle ne nousinduit pas en erreur.

33..33..22 UUttiillee ppoouurr lleeuurr rrééuussssiittee ssccoollaaiirree eett pprrooffeessssiioonnnneellllee..Au delà de la résolution de problèmes de mathématiques ou de la compréhension des textes difficiles

(ce qui n’est déjà pas rien !), la mise en œuvre de raisonnements efficaces est souvent utile voire né-cessaire pour que les activités scolaires soient fructueuses.

Ainsi, « quand les élèves construisent leur savoir, leurs conceptions, ils mettent en œuvre un systèmede pensée où le raisonnement joue un rôle majeur » (A. Giordan (4f)). De même, être capable de ré-investir les savoirs construits dans d’autres situations n’est pas une chose innée, comme le souligneB.M. Barth (4a) : « Quand il leur fallait réutiliser des connaissances acquises dans des situations ulté-rieures, ils n’étaient pas toujours capables de faire le lien entre celles-ci, pourtant mémorisées, et lessituations dans lesquelles ces connaissances auraient pu être utiles. »

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Savoir raisonner est donc nécessaire, que ce soit pour la construction des savoirs ou leur ré-utilisation. La construction de cette autonomie intellectuelle favorisera la réussite scolaire et profes-sionnelle des individus.

33..33..33 UUttiillee ppoouurr lleeuurr ééppaannoouuiisssseemmeenntt eenn ttaanntt qquuee cciittooyyeenn..La mission de l’école est aussi (et peut-être surtout) de former des citoyens, futurs adultes épanouis

dans leur société. Cette mission, est définie par la République. Elle est résumée dans sa devise : Li-berté, Egalité, Fraternité.

Mais, pour être capable d’assumer sa « liberté », pour avoir un sens des responsabilités suffisantpour que les principes « égalité » et « fraternité » soient réels, le citoyen doit être doté d’une véritableautonomie intellectuelle, de la capacité à juger de façon rationnelle.

Ainsi, comme le souligne J. George (4d), l’apprentissage de la raison est crucial, voire vital, pour lesélèves et futurs citoyens : « Comment l’enseignant peut-il prémunir l’esprit de ses élèves du sommeilde la raison dont on sait bien qu’il enfante des monstres ? ».

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44 CCOOMMMMEENNTT AAPPPPRREENNDDRREE AA RRAAIISSOONNNNEERR :: RREEPPOONNSSEETTHHEEOORRIIQQUUEE EETT CCHHOOIIXX DD’’UUNNEE DDIIRREECCTTIIOONN PPLLUUSSPPRREECCIISSEE PPOOUURR LLAA MMIISSEE EENN PPRRAATTIIQQUUEE..

44..11 CCOOMMMMEENNTT AAPPPPRREENNDDRREE AA RRAAIISSOONNNNEERR ?? Comment apprendre à raisonner : voici quelle était ma problématique de départ.Bien sûr, je ne peux pas prétendre répondre de manière exhaustive à cette question. Mais il était

néanmoins utile et légitime que je me la pose : c’est elle qui a motivé ma recherche et qui justifiel’intérêt de mon sujet. La réponse que je donne est le fruit de mes lectures et de mes propres ré-flexions. Elle me paraît résumer les principes à avoir à l’esprit pour organiser la classe.

44..11..11 LLeess pprriinncciippeess àà ssuuiivvrree..44..11..11..11 EExxpprreessssiioonn eett lliibbeerrttéé

Le premier principe, mis en avant sur le site Internet de « La main à la pâte » (8), est de laisser lesélèves libres d’exprimer leurs idées, le fruit de leur réflexion. « Chaque enfant a le droit à ses idées,même les plus saugrenues mais il doit bien les exprimer, les développer et les argumenter. Il doit direpourquoi il pense ce qu'il pense, pourquoi il pense que les autres n’ont pas raison. » A quoi sert-il deréfléchir si personne de s’y intéresse ? Laisser chacun s’exprimer est une grande source de motivationpour les élèves. Il est facile de s’en rendre compte en classe, et ce dès la petite section. Laisser une partlibre à l’expression permet aussi au maître d’évaluer ses élèves. Cela demande néanmoins du temps etune certaine discipline, à l’oral, de la part des élèves.

D’autre part, exprimer sa démarche, se faire comprendre d’autrui, est essentiel pour la progressiondes élèves. En effet, même si elle difficile (difficile de formuler, difficile de se concentrer pour écou-ter), « l’explicitation verbale du raisonnement s’améliore au fur et à mesure. Elle permet de compareravec les autres et éventuellement d’en adopter certains éléments. Enfin, elle permet de prendre con-science que son propre raisonnement progresse » (Higelé (4g)).

J’ajouterai que la mise en mot (orale ou écrite) est éclairante et structurante pour la pensée. Ellepermet une réelle prise de recul.

Enfin, le maître peut formuler lui-même sa pensée et sa propre démarche. Cela peut alors servird’exemple aux élèves quant aux attendus et aux possibles quand lui- même demande aux élèvesd’exprimer leurs réflexions et leurs arguments.

44..11..11..22 CCoonnffrroonnttaattiioonn eett aaddaappttaattiioonnUn autre principe fondateur pour l’apprentissage du raisonnement est de favoriser la confrontation

des raisonnements pour en vérifier la validité, pour en justifier l’intérêt. La confrontation peut se faireavec une autre source d’information : le maître, les livres, internet. Mais surtout, il faut multiplier laconfrontation avec des difficultés qu’il faudra dépasser. En effet, « si l’on se met à raisonner, c’estque l’on a été bousculé, c’est parce qu’on a dû dépasser le désaccord » (6). D’où l’intérêt d’inciter lesélèves à exprimer leur point de vue, le justifier par des arguments et des preuves. Ils doivent convain-cre. Et pour convaincre, il faut que les arguments avancés concordent avec une objectivité commune :il faut que le raisonnement d’où ils sont issus soit rigoureux. Pour que ces échanges soient fructueux,en terme d’apprentissage, la présence du maître est essentielle pour clarifier, canaliser les échanges etéviter l’enlisement ou la dispersion.

Giordan (4f) indique que « le processus formateur semble [alors] résider dans le dépassement pro-gressif des contradictions qui les conduisent à douter de leurs croyances immédiates. Celles-ci devien-nent suppositions qu’il s’agit d’établir à l’épreuve des faits”. En effet, la difficulté peut venir de laconfrontation de son raisonnement avec ceux des autres, mais elle peut aussi venir de sa confronta-tion avec la réalité : l’expérimentation permet de tester les arguments, surtout en face des expériences“qui ne marche pas” et qui remettent donc en cause les hypothèses et les raisonnements associés. Onvoit ici quel peut être l’intérêt de la mise en œuvre d’une démarche expérimentale pour favoriserl’amélioration des raisonnements.

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Enfin, confronter les élèves à des activités, des situations nouvelles faces auxquelles ils devrontfaire un effort d’adaptation sera sans doute porteur en terme d’apprentissage du raisonnement. Il fautraisonner pour s’adapter correctement. Mais il faut aussi accepter la nouveauté et donc être habitué àsortir de temps en temps des sentiers battus.

44..11..11..33 RReecchheerrcchhee eett aauuttoonnoommiieeLe raisonnement est une recherche. Il semble donc évident qu’un apprentissage du raisonnement ne

peut pas se faire si l’on ne met pas les élèves en situation de recherche. Cette recherche doit aussi êtreautonome. La mise en autonomie oblige les enfants à résoudre leurs problèmes par eux-mêmes. Maisencore faut-il qu’ils soient motivés par leur recherche. L’autonomie peut en effet être dérangeantepour les élèves : la présence rassurante d’un guide (le maître) est moins évidente ; et surtout, elle né-cessite un effort pour se prendre en main (réflexion, décision, action puis révision éventuelle).

Néanmoins, l’effort peut être payant comme l’a montré A. Giordan (4f) : « Si l’on permet aux élèvesd’exprimer leurs conceptions et de pratiquer des investigations (observations, expérimentations, en-quêtes, documentations, travail d’élaboration en groupe, etc.) sur des thèmes qui ont du sens pour eux,on constate que leur mode de raisonnement change au bout de quelques semaines. Ils ne se contententplus d’affirmer, ils tentent d’argumenter leur propos . »

44..11..11..44 AAnnaallyyssee eett rreemmiissee eenn ccaauusseeParce que c’est une composante du raisonnement et parce que cela en permet le progrès, il faut ame-

ner les élèves à pouvoir se remettre en cause et analyser leurs résultats (solutions de problèmes, résul-tats expérimentaux, hypothèse sur le sens d’un texte…) mais aussi leurs démarches elles-mêmes.

Ce principe est naturellement largement encouragé par les pédagogues. A. Giordan (4f), en particu-lier, propose de commencer par introduire le concept de vérification des hypothèses ou des résultats.La pensée critique se développe aussi en rapport avec le maître qui reste le médiateur etl’interlocuteur privilégié des élèves : il doute sur les idées émises et par voie de conséquence déstabi-lise l’élève qui accepte la remise en cause de sa pensée.

Il insiste ensuite sur l’importance d’une prise de recul des élèves, vis-à-vis de ce qu’ils ont réalisé,pour modéliser leur raisonnement. Cette réflexion sur leur raisonnement, par les élèves eux-mêmes,est aussi encouragée par B.M. Barth (2) : elle l’appelle la métacognition (“savoir sur le savoir” : ré-flexion sur sa propre réflexion). Elle a elle-même pu constater les effets positifs, en termed’apprentissage du raisonnement, de la mise en œuvre concrète de ce principe (cf. 4.3).

Il faut noter que ce retour critique sur ses résultats ou sur soi est difficile, à plus d’un titre. En parti-culier, il suppose de pouvoir accepter l’erreur et l’échec. Cet objectif est très ambitieux du fait du sta-tut culturel de l’échec, du statut de l’enseignant lui-même (qui a aussi le rôle d’évaluateur aux yeuxdes élèves) et surtout de la crainte du regard des autres et de son propre regard. Si cet objectif est am-bitieux, il est néanmoins très profitable pour tous les apprentissages mais surtout pour celui du raison-nement comme le souligne « La main à la pâte » (6) : « Un aspect intéressant de la science, c’estqu’une expérience décisive est généralement 1’expérience qui barre une hypothèse (« qui ne marchepas »). C’est seulement si leur expérience est construite en pensée, intégrée dans un raisonnement,qu’ils vont pouvoir comprendre le « ratage »… »

44..11..11..55 LLaa rreessppoonnssaabbiilliittéé dduu mmaaîîttrree eesstt eesssseennttiieellllee,, aauu qquuoottiiddiieenn eett ssuurr llee lloonngg tteerrmmee,,ppoouurr aamméélliioorreerr llaa qquuaalliittéé eett llaa rraappiiddiittéé ddeess rraaiissoonnnneemmeennttss ddeess ééllèèvveess..

Comme pour les autres apprentissages, le rôle du maître est essentiel dans la progression de ses élè-ves. Il doit veiller à2 :

- proposer des situations motivantes,- prendre en compte leurs représentations afin que les élèves s’impliquent effectivement dans

l’activité : si on part de leurs propres représentations, ils seront moins « attentistes » par rap-port au maître (cela favorise donc leur raisonnement) ; prendre en compte les représentationspermet en outre d’adapter les activités aux besoins des élèves,

- favoriser et relancer la recherche en faisant poser des questions,- perturber les idées reçues en contredisant leurs explications, ce qui favorise le développement

de l’esprit critique (une telle pratique doit être mise en œuvre avec précaution au début : lesélèves risquent en effet de se bloquer au début parce qu’ils ne sont pas assez sûrs d’eux, parce

2 sources : A. Giordan (4e,4f), « La main à la pâte » (6), Mémoire PE2 (5) et réflexion personnelle.

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que leur hypothèse n’a aucun fondement réel à leurs yeux ou parce qu’il est admis que ce quedit le maître est forcément juste),

- pousser les enfants à formuler avec toujours plus d’exactitude, à écouter les autres et à argu-menter le plus efficacement possible,

- favoriser, canaliser, clarifier et relancer les échanges sur les hypothèses et les arguments,- proposer des outils pour faciliter les regroupements de données (suffisamment simples pour

qu’ils aident à déduire ou à inférer),- et surtout favoriser une prise de recul vis-à-vis de ce qu’ils ont réalisé, pour modéliser leur rai-

sonnement [« savoir sur le savoir »] : « comment as-tu expérimenté ? » ; « qu’as-tu fait etpourquoi lors de telle expérience ? » ; « en quoi cet argument te permet-il de contredire celuide ton camarade ? » ; « en définitive, qu’est-ce qu’une expérience ? »…

Si l’apprentissage du raisonnement nécessite une prise en compte particulière, il n’est point besoind’inventer des situations dédiées pour le travailler : « les contenus disciplinaires peuvent êtred’excellents supports au développement intellectuel à condition que l’enseignant soit au clair sur lesopérations nécessaires pour résoudre les exercices proposés » (Higelé (4g)).

D’autre part, pour constater de réels progrès, il faut être patient, comme l’a constaté A. Giordan (4f)dans le cadre de la mise en œuvre de la démarche expérimentale : « l’expérimentation vague et incon-sciente (« pour voir ») se transforme progressivement en expérience consciente et raisonnée. »

44..11..22 LLeess aaccttiivviittééss ppoossssiibblleess..Les principes listés ci-dessus peuvent être mis en œuvre dans le cadre de la plupart des activités

scolaires. Je propose néanmoins maintenant, à titre d’exemple, quelques pistes pratiques susceptiblesde favoriser l’amélioration du raisonnement, dans chacune de ses composantes (cf 2.2).

44..11..22..11 LLeess aaccttiivviittééss ffaavvoorriissaanntt llee ddéévveellooppppeemmeenntt ddeess ssaavvooiirrss ffaaiirree ((ccff 22..22..22)) ::- pratique régulière d’activités où un raisonnement est nécessaire :

▫ débats,▫ problèmes de mathématiques,▫ exercices de logique,▫ découverte de textes nouveaux en partant des éléments d’information complémen-

taires (titre, illustrations, auteur…),▫ recherches documentaires,▫ projets d’élèves3 (leur organisation nécessite un raisonnement qui prend en compte

leurs objectifs),▫ communication ou explication de sujets complexes (cela demande une réflexion

préalable pour que le message soit clair) avec retour critique de l’auditeur,▫ démarche expérimentale▫ situations nouvelles demandant un effort d’adaptation (disciplines privilégiées a

priori : EPS, sciences, arts visuels, histoire / géographie).- analyse critique des résultats obtenus (cohérence de la solution d’un exercice de grammaire parexemple en relisant à haute voix)- analyse des méthodes et démarches employées : résolution de problèmes, recherche documen-taire, calcul mental, écriture d’un texte, choix d’un montage ou d’un protocole expériemental (cf.4.3)- « narration de recherche » : « l’élève produit non seulement le texte de la réponse au problèmeposé (démonstration, construction, calcul…) mais l’accompagne du récit du processus même de sarecherche » (Faes (4c)).

44..11..22..22 LLeess aaccttiivviittééss ffaavvoorriissaanntt llee ddéévveellooppppeemmeenntt ddeess ssaavvooiirr êêttrree ((ccff 22..22..22)) ::- Pour améliorer la rigueur :

▫ exigences du maître ;

3 Projet d’élèves : activité laissant une grande par d’autonomie aux élèves, où seuls sont fixés les objectifs et quelques contraintes pour ca-

drer. Par exemple : concevoir un journal de voyage en équipe après une classe verte, organiser un stand pour une kermesse, produire des frai-ses en équipe puis en faire une tarte…

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▫ situations où la rigueur est nécessaire pour réussir : problèmes de mathématiques,écriture de textes, protocoles expérimentaux, situations de communication (une certaineclarté est nécessaire).

- Pour améliorer l’objectivité et l’esprit critique : confrontation à la réalité et comparaison avecce que pensent les autres (élèves, livres, presse..).- Pour améliorer l’acceptation de l’erreur et l’échec :

▫ montrer l’intérêt d’une erreur pour progresser ;▫ désacraliser : tout le monde peut se tromper ;▫ montrer que l’erreur n’est pas éternellement déstabilisatrice : il y a toujours unmoyen de la surpasser (réflexion propre, aide d’un autre ou d’un livre, partage pourmontrer que pour l’instant, c’est une difficulté commune à tout le monde) ;▫ différencier très clairement (voire matériellement) les moments d’évaluation (oùl’erreur est comptabilisée) et les moments de construction des savoirs, de recherche (oùl’erreur est un moyen de progresser, beaucoup plus sûr que de se contenter du conforttranquille du « je ne sais pas »)4.

44..11..22..33 LLeess aaccttiivviittééss ffaavvoorriissaanntt llee ddéévveellooppppeemmeenntt ddeess ssaavvooiirrss ((ccff 22..22..22)) ::- Prise de conscience de sa démarche de raisonnement pour en améliorer l’efficacité : réflexionsur sa propre réflexion (cf 4.3).- Dans chaque domaine : apport de connaissances permettant ou facilitant les raisonnementsdans ce domaine (mission traditionnelle de l’école !)

Il s’agit aussi « d’apprendre à organiser sa mémoire de telle sorte que les informations pertinentessoient facilement accessibles » (Ripoll et Tricot (4h)).

44..11..33 CCoommmmeenntt éévvaalluueerr uunn rraaiissoonnnneemmeenntt ??Même si elle difficile, c’est une question qui doit être posée. Je n’ai néanmoins pas poussée ma re-

cherche dans cette voie, de façon systématique, pour l’instant.Cependant, il semble possible d’évaluer un raisonnement en le faisant s’exprimer. Ce qui sera diffi-

cile avec de jeunes enfants. Le moyen le plus adapté pour évaluer la progression des élèves sera doncde constater leur progrès dans la résolution de problèmes (au sens large).

Cette évaluation de la progression doit se faire sur le long terme, pour différents types de problèmes,dans différents domaines. D’autres facteurs que le raisonnement peuvent en effet influencer la réussited’une tâche : connaissances, état d’esprit de l’élève, contraintes de temps, influence du reste dugroupe…

44..11..44 CCoonncclluussiioonn iinntteerrmmééddiiaaiirree,, pprreemmiièèrree rreessttrriiccttiioonn ddee llaa pprroobblléémmaattiiqquuee..Comme nous venons de le voir dans cette ébauche de réponse à la question, l’apprentissage du rai-

sonnement est long, difficile et doit se faire sous plusieurs formes en parallèle. Il s’agit donc de choisirune direction plus précise pour continuer la réflexion, dans le cadre de ce mémoire, en vue d’une miseen pratique en classe.

Nous avons aussi indiqué que les sciences et la technologie sont un domaine possible pour travaillerl’amélioration des raisonnements des élèves.

J’ai choisi de recentrer le sujet sur ce domaine. Dorénavant, la problématique, plus précise, est :

Comment faire en sorte que les séances de sciences et technologie soient fructueuses pour lesélèves en terme d’apprentissage du raisonnement ?

Vous trouverez la justification de ce choix ci-dessous.

4 Attention : A mon sens, il ne faut pas masquer le sens des évaluations aux élèves. Cela permet de les habituer à gérer le stress associé,

auquel ils seront confrontés tôt ou tard (par exemple lors des évaluations nationales). Cela leur montre surtout qu’il y a des moments où ilfaut tout faire pour ne pas se tromper (ce qui est une contrainte forte pour beaucoup de professionnels, même si l’erreur est humaine).

D’autre part, il faut veiller à ce que la « désacralisation » de l’erreur ne débouche pas sur une démobilisation des élèves (ce n’est pas parcequ’on est libre de se tromper, qu’on devient libre de ne rien faire en classe, de perturber les autres…)

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44..22 PPOOUURRQQUUOOII LLEESS SSCCIIEENNCCEESS ??

44..22..11 EEnn qquuooii ll’’aapppprreennttiissssaaggee ddeess sscciieenncceess ppeeuutt--iill ffaavvoorriisseerr ll’’aapppprreennttiissssaaggeedduu rraaiissoonnnneemmeenntt ??

44..22..11..11 PPaarr llaa mmiissee eenn œœuuvvrree ddee llaa ddéémmaarrcchhee eexxppéérriimmeennttaallee,, ttrrèèss rriicchhee eenn tteerrmmee ddee rraaii--ssoonnnneemmeenntt..

La mise en œuvre de la démarche expérimentale est une compétence exigée par les programmes (3) :« dans les situations simples, l’élève doit être capable de proposer la mise en œuvre des étapes caracté-ristiques de la démarche expérimentale ».

La démarche expérimentale est d’abord la mise en œuvre d’un raisonnement hypothético-déductif :émettre des hypothèses, chercher et mettre en œuvre les moyens de les vérifier, analyser les résultatsobtenus pour remettre en cause les hypothèses ou aller plus loin dans la recherche. En outre, la recher-che des hypothèses nécessite un raisonnement par induction, rarement sollicité de façon explicite dansle cadre scolaire, et pourtant utile pour se lancer dans la résolution de problèmes nouveaux (mathéma-tiques, textes nouveaux…) avant de passer à des démarches plus déductives (démonstration d’une so-lution…).

La mise en œuvre de la démarche scientifique oblige à raisonner pour parvenir à ses fins, elle solli-cite plusieurs des différents savoirs nécessaires pour bien raisonner (cf. 2.2) :

- obligation de rigueur,- besoin d’un esprit de recherche,- besoin d’esprit critique :

▫ dans la confrontation de sa représentation avec celle des autres, avec la réalité ;▫ dans l’observation : analyser les données pertinentes pour parvenir à une conclu-sion ;▫ dans l’évaluation de l’intérêt et de la pertinence des expérimentations ;▫ dans les recherches documentaires : pertinence et importance des différentes infor-mations trouvées ;

- besoin d’une capacité de remise en cause personnelle quand les hypothèses que l’on avaitavancées sont démenties par les expériences ou les arguments des autres élèves : accepter de setromper, d’analyser ses erreurs et de recommencer.

44..22..11..22 LLeess ddéémmaarrcchheess mmiisseess eenn œœuuvvrree eenn sscciieenncceess ssoonntt aannaalloogguueess àà cceelllleess uuttiilliissééeess ddaannssdd’’aauuttrreess ddoommaaiinneess..

En effet, le besoin de rigueur, d’esprit critique ou de capacité de remise en cause n’est pas propreaux sciences. On peut supposer que les habitudes que l’élève aura prises dans le cadre des séances desciences se prolongeront dans d’autres domaines.

Mais la démarche expérimentale peut être intéressante en tant que telle vis-à-vis de l’améliorationdes raisonnements dans d’autres domaines. La production de savoirs par raisonnement se fait par « desprocessus analogues à ceux de la recherche scientifique » (A. Giordan (4e)). « La mise en œuvre d’unraisonnement hypothético-déductif, par exemple, intervient dans de nombreuses situations, et pas seu-lement en sciences. Il n’a rien d’évident pour les élèves. Les travaux de Piaget l’avaient déjà souligné.Toutefois, contrairement à ce que ces chercheurs avaient avancé, la principale difficulté n’est pas liéeaux stades de développement de l’enfant. Il est possible de faire réaliser des démarches expérimentalesà des élèves très jeunes, bien avant que le stade correspondant soit atteint. On peut même de la sortefaciliter leur cheminement vers une plus grande abstraction ». « Si l’on permet aux élèves d’exprimerleurs conceptions et de pratiquer des investigations (observations, expérimentations, enquêtes, docu-mentations, travail d’élaboration en groupe, etc.) sur des thèmes qui ont du sens pour eux, on constateque leur mode de raisonnement change au bout de quelques semaines. Ils ne se contentent plusd’affirmer, ils tentent d’argumenter leur propos » (Giordan (4f)).

44..22..11..33 LLaa ccoonnffrroonnttaattiioonn àà llaa rrééaalliittéé eesstt uunn mmooyyeenn ccoonnccrreett ddee tteesstteerr llee rraaiissoonnnneemmeenntt..Enfin, le deuxième gros avantage de l’enseignement des sciences vis-à-vis de l’amélioration du rai-

sonnement est que dans ce domaine, les raisonnements peuvent être confrontés directement à la réalité(« éprouver le pouvoir du raisonnement » (6)). L’expérimentation concrète est un obstacle aux juge-ments hâtifs et aux idées préconçues.

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On peut alors noter que si l’un des objectifs principaux d’une séquence est l’apprentissage du rai-sonnement, la « réussite » (la « pertinence ») des expériences devrait être directement liée, dansl’idéal, à la qualité du raisonnement associé. Il sera alors plus facile pour les élèves de se rendrecompte des défauts ou des qualités de leur raisonnement.

La mise en œuvre de la démarche expérimentale est riche en terme d’apprentissage du raisonnement.Elle présente des analogies avec les démarches utilisées dans d’autres domaines.

On peut néanmoins se demander dans quelle mesure, et à quelles conditions, un apprentissage duraisonnement en sciences pourra être utile pour l’amélioration du raisonnement en général.

44..22..22 LLeess rraaiissoonnnneemmeennttss uuttiilliissééss eenn sscciieenncceess ssoonntt--iillss ttrraannssppoossaabblleess aauuxx aauu--ttrreess mmaattiièèrreess ??

44..22..22..11 UUnnee qquueessttiioonn nnoonn ttrriivviiaallee..Tous les pédagogues ne sont pas d’accord sur la question de la transposabilité.Pour Astolfi (1), les compétences méthodologiques nécessaires aux sciences expérimentales sont

transversales, d’autant plus que pour les élèves, le découpage disciplinaire n’est pas perçu d’emblée.A l’opposé, B.M. Barth (4a) pense que « la réflexion et le raisonnement sont toujours liés à des con-

naissances spécifiques d’un domaine du savoir. Analyser un texte exige qu’on sache où porter son at-tention ; ce n’est pas la même chose qu’analyser un problème de mathématiques ou le fonctionnementd’une machine ». La démarche n’est certes pas complètement identique. On peut néanmoins remar-quer qu’il existe des points communs : rigueur, objectivité, logique, savoir vérifier ses résultats, capa-cité de remise en cause…

M. Develay (4b) se pose la question : « Existe-t-il des formes de raisonnement transversales, tellesque, maîtrisant la pensée déductive ou inductive dans des circonstances déterminées, il serait possiblede transférer cette compétence dans d’autres champs disciplinaires ? ». Sa réponse est la suivante :« Les psychologues cognitivistes, à propos de l’existence ou non de formes générales de résolution deproblèmes, répondent NON pour les apprentissages en situation. Le transfert de formes de raisonne-ment doit se travailler en même temps qu’on découvre la forme de raisonnement en question. »

L’élargissement d’un apprentissage du raisonnement dans un domaine à d’autres apparaît donc pos-sible mais il semble nécessiter une prise en compte particulière.

44..22..22..22 CCoommmmeenntt ffaaiirree eenn ssoorrttee qquuee lleess ssééaanncceess ddee sscciieenncceess eett tteecchhnnoollooggiiee ssooiieenntt ffrruucc--ttuueeuusseess ppoouurr lleess ééllèèvveess eenn tteerrmmee dd’’aapppprreennttiissssaaggee dduu rraaiissoonnnneemmeenntt ??

La confrontation à la réalité, en sciences, peut aider (ou obliger !) les élèves à mettre en œuvre unraisonnement. Cela peut leur faire entrevoir ce que c’est. Ils ne seront alors plus vierges dans les autresmatières, ils seront déjà habitués à une certaine rigueur intellectuelle. L’important n’est sans doute pasune méthode particulière mais un état d’esprit (vérification, remise en cause) et une rigueur dans la lo-gique. Par expérience personnelle, je peux dire que le transfert des raisonnement scientifiques dansd’autres domaines peut se faire, petit à petit, par la pratique et une prise de recul sur cette pratique(« comment raisonner de manière efficace ? » ; « Quel est exactement mon problème ? » ; « Quellesont ses origines ? »…).

Les pédagogues encouragent aussi cette prise de recul. « Pour qu’il y ait transfert de raisonnement,il convient de déganguer ce dernier de la situation où il a été mis en œuvre et, d’autre part, il convientde se mettre à distance de la situation même. (…) Il faut amener l’élève à définir en quoi consiste telou tel type de raisonnement pour qu’il puisse le réinvestir par ailleurs ». M. Develay développe enparticulier l’exemple de la problématisation (cf 4b).

Il faut donc se défaire des particularités pour pouvoir réinvestir dans une autre situation. Les appren-tissages du raisonnement dans une matière peuvent être transposables dans une autre si le transfert esttraité par un questionnement sur la nature des raisonnements. On rejoint donc ici le principe préconisépar B.M. Barth : la métacognition.

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44..22..33 DDeeuuxxiièèmmee ccoonncclluussiioonn iinntteerrmmééddiiaaiirree eett rreessttrriiccttiioonn ddee llaa pprroobblléémmaattii--qquuee..

L’apprentissage du raisonnement grâce aux sciences est possible. Mais, même si l’on se restreint àce domaine, il existe plusieurs pistes de travail possibles, qu’on ne peut pas toutes les envisager enmême temps, au risque de se disperser et de perdre en efficacité, surtout sur une période assez courte :

- la rigueur- la logique (déduction…) et savoir établir des relations (causalité…)- l’objectivité (observation, analyse des résultats) : se détacher de l’affectivité et de la subjecti-vité.- poser un problème.- conduire efficacement un tâtonnement- émettre une hypothèse et la remettre en cause.- savoir vérifier ses résultats- améliorer l’esprit critique- accepter l’erreur, l’échec et savoir comment les traiter- savoir remettre en cause sa démarche et ses résultats- prise de conscience de démarche pour l’améliorer.

D’autre part, la compréhension des principes de la démarche scientifique à elle seule ou la mise enœuvre opérationnelle des débats sont longues et difficiles.

Il convient donc de réduire davantage encore la problématique, en vue d’une mise en pratique dansle cadre de ce mémoire.

Enfin, un travail du raisonnement uniquement centré sur les sciences risque de ne pas avoir de ré-sultats dans les autres matières. Nous avons vu qu’une des méthodes pour garantir une transposabilitédes apprentissages vus en sciences dans les autres est de pratiquer une analyse des raisonnements avecles élèves (métacognition). Il semble donc intéressant de centrer l’étude sur cette piste, qui permettraitd’améliorer le raisonnement en général. On restera dans le cadre des sciences et technologie, mais laproblématique du mémoire sera désormais :

Comment mettre en œuvre une démarche métacognitive ?

44..33 LL’’AAPPPPRREENNTTIISSSSAAGGEE PPAARR LLAA MMEETTAACCOOGGNNIITTIIOONN

44..33..11 PPrriinncciippee ggéénnéérraall..La métacognition consiste en « un travail de réflexion et de retour sur la démarche mentale que

l’enseignant, par le choix conscient des situations d’apprentissage qu’il propose, a déclenché chezl’élève ». Elle vise à « conduire les élèves à prendre conscience des « méthodes de pensée » qui leurpermettent effectivement de réussir pour qu’ils puissent les mobiliser volontairement dans une situa-tion d’apprentissage ultérieure. » (Barth (2)).

44..33..22 UUnnee mméétthhooddee qquuii mmaarrcchhee..Comme je l’ai déjà dit (cf 4.2.2.2), j’ai moi-même constaté que l’analyse de son propre raisonne-

ment pouvait le rendre plus efficace. Ce constat a aussi été fait par d’autres stagiaires IUFM : « Uneinitiation à la démarche scientifique, même modeste, se révèle être très riche sur le plan méthodologi-que surtout si l’on prend le temps de verbaliser, d’analyser la démarche suivie au cours d’une recher-che que l’on vient de vivre. La formulation par l’élève favorise la processus d’apprentissage » (5).

Mais ce constat a surtout été fait par Astolfi (1) et Barth (2), dans le cadre scolaire, après des misespratiques plus systématiques : « Les résultats positifs ne cessent de me convaincre que les élèves detous les niveaux – à leur niveau – ont besoin de conseils méthodologiques touchant à la conduite deleur pensée » (Barth (2)).

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44..33..33 QQuueellss ppeeuuvveenntt êêttrree lleess aappppoorrttss ddee llaa mmééttaaccooggnniittiioonn ??Comme nous l’avons vu un peu plus haut, l’objectif de la métacognition est de prendre conscience

de son raisonnement, le remettre en cause et l’améliorer.Pour Astolfi (1), elle joue sur deux plans : les savoirs et les démarches.

44..33..33..11 UUnnee pprriissee ddee ccoonnsscciieennccee ddeess ddéémmaarrcchheess..La prise de conscience des démarches intellectuelles se fait par un retour sur sa conduite opératoire

(Astolfi (1)), par comparaison avec d’autres procédures employées par l’élève lui-même ou pard’autres. Il s’agit d’optimiser, de dégager les critères à connaître pour réaliser et réussir sa tâche.

44..33..33..22 DDeess ssaavvooiirrss..Ce travail avec les élèves débouche sur des savoirs sur les termes utilisés par la métacognition

(« analyser »,…), les concepts méthodologiques et les procédures types (Astolfi (1)) :- « Une hypothèse, c’est… »- « Une expérience témoin, c’est… »- « Je commence par faire un plan, puis j’écris… »- « Avant de conclure, il est nécessaire d’expérimenter ou de se documenter ».- savoir que faire un schéma aide à structurer les relations entre les notions.- …

Tous ces savoirs sont à définir avec les élèves, de manière progressive, au fur et mesure de leur dé-couverte. Pour que les élèves maîtrisent ces savoirs de manière efficace, ils convient de faire découvriret utiliser plusieurs fois, en situation, avant et après leur définition : « Automatisation des procédureset processus de prise de conscience (métacognition) ne sont pas contradictoires mais successifs etcomplémentaires » (Astolfi (1)). Une écriture des conclusions pertinentes issues de la métacognitiondoit favoriser une stabilisation de ces savoirs.

Il faut néanmoins prendre garde à la tentation de la règle méthodologique unique. Elle peut être va-lable pour les procédures normées peu susceptibles de variations : par exemple, faire une courbe. Maiselle peut aussi être contre-nature pour les processus intellectuels complexes : souvent alors, les algo-rithmes ne correspondent pas aux cheminements intellectuels réels (tâtonnements, aller-retours,…)(Astolfi (1)). J’ajouterais par contre que trop de liberté peut déstabiliser les élèves peu sûrs d’eux oumanquant de repères. Dans ce cas, soit on leur impose un algorithme performant (que l’on peut éven-tuellement remettre en cause plus tard), soit on prend le temps de leur en faire essayer plusieurs(comme le calcul mental) si cet algorithme est important vis-à-vis de l’ensemble des apprentissages.

44..33..33..33 DDeess aattttiittuuddeess..Au-delà des compétences spécifiques (savoirs, méthodes), c’est une attitude qui est d’abord visée :

rigueur, capacité de remise en cause, esprit critique (cf. 2.2). « Le maître cherche davantage à amenerles élèves à SE POSER LA QUESTION de la pertinence de l’outil construit par rapport au but pour-suivi qu’à développer un savoir-faire spécifique (…). Mais, comme toute visée pédagogique concer-nant les attitudes, cela suppose un certain type de fonctionnement de la classe et cela se développe dif-ficilement sur un seul exemple » (Astolfi (1)).

44..33..44 CCoommmmeenntt aapppprreennddrree àà rraaiissoonnnneerr ggrrââccee àà llaa mmééttaaccooggnniittiioonn ??Plusieurs des réponses apportées ci-dessous rejoignent ce qui a déjà été dit plus haut (cf. 4.1.1). Il

est néanmoins nécessaire de les reprendre de façon plus détaillée parce qu’elles semblent conditionnerfortement la réussite d’une démarche métacognitive.

44..33..44..11 LLee cchhooiixx ddeess ssiittuuaattiioonnss ppééddaaggooggiiqquueess..Le premier principe est de « pratiquer la métacognition dans des situations pédagogiques qui con-

textualisent les opérations mentales » (Barth (4a)). Il s’agit de poser aux élèves des problèmes concretsoù les choix et les démarches intellectuelles qu’ils mettront en œuvre auront un impact visible.

D’autre part, il faut créer des situations qui déclenchent effectivement l’activité réflexive (Astolfi(1)) :

- problème à résoudre ou obstacle à franchir,

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- essai et comparaison de démarches ou d’outils ((Exemple : comparer l’intérêt d’une liste oud’un tableau pour exploiter des données),- dégager les critères de réussite d’une démarche (Exemple : d’abord formuler le problème avantde se lancer dans sa résolution),- repérer des catégories dans une démarche (« observer », « comparer »,…).

En outre, il n’est pas nécessaire de se séparer d’une activité scolaire de référence : il faut bien que leréflexion se fasse sur quelque chose.

Enfin, les actions à court terme doivent être frappantes pour laisser une empreinte dans l’esprit desélèves.

44..33..44..22 LL’’aaccttiivviittéé rrééfflleexxiivvee ddooiitt êêttrree ffiinnaalliissééee..La réflexion (et davantage encore la réflexion sur sa propre réflexion !) peut apparaître fastidieuse

pour beaucoup d’élèves. Pour qu’ils y adhèrent, elle doit être finalisée :- soit permettre de réussir une activité qui, sans ce détour, échouerait ;- soit que ce l’on en tire puisse être rapidement réutilisé pour optimiser une autre activité.

44..33..44..33 UUnn ééttaayyaaggee nnéécceessssaaiirree ddee ll’’eennsseeiiggnnaanntt..Au-delà du choix des situations, l’action du maître est essentielle.Il doit centrer et recentrer l’objet de la réflexion pour éviter l’éparpillement et le pointillisme : sans

quoi la capitalisation et la systématisation ultérieure seraient impossibles.Il peut aussi « modéliser la réflexion devant les élèves qui n’y arrivent pas seuls, penser à haute voix

avec eux, leur faire prendre conscience de leurs activités mentales, les nommer, les mettre en œuvre,accompagner leur utilisation de plus en plus autonome » (Barth (2)) : « Voyons, comment ai-je doncprocédé jusque-là ? » ; « A qui est destiné le compte-rendu que je suis en train de rédiger ? » ; « Quelest le problème exactement ? » ; « Comment vérifier que j’ai bien répondu au problème ? »…

44..33..44..44 UUnnee uuttiilliissaattiioonn bbéénnééffiiqquuee ddee ll’’ééccrriitt..L’intérêt du support écrit est double :

- il facilite la réflexion au moment où celle-ci a lieu,- il permet de revenir sur un raisonnement fait auparavant.

Ainsi l’utilisation d’un support écrit, même pour les élèves en difficultés, peut fournir une aide à laréflexion parce qu’il permet d’en formuler et d’en visualiser les étapes. Astolfi (1) évoque par exemplela mise en œuvre de la planification écrite d’une expérience avec des 6èmes sans passé scientifi-que (nutrition du lapin, page 62). Après trois versions successives, les critiques des élèves sont de plusen plus affinées : correction de la chaîne logique dans l’expérimentation et sur le statut de l’hypothèse,des résultats et de la conclusion. De même, lors d’une étude de la reproduction de la vipère, l’écrit(support de réflexion ici) est utilisé comme un moyen de fixer les doutes et les hésitations, de les valo-riser, de les reprendre pour les confronter à de nouvelles données et de montrer qu’ils sont une étapede la démarche scientifique. Par la suite, une problématisation et un raisonnement hypotético-interprétatif avant la projection d’un film pousseront les élèves à chercher des réponses lors du vision-nement (l’écrit permet un retour sur le raisonnement).

A ce titre, la production d’un outil graphique (schéma, logigramme) prévoyant les étapes d’une ex-périmentation semble très riche vis-à-vis de l’apprentissage du raisonnement (moyennant une familia-risation préalable avec la pratique de l’expérimentation : cf ci-dessous) :

- elle permet de voir la démarche dans son ensemble (à l’inverse de la manipulation pure où l’on voitles étapes une par une),

- elle permet un tâtonnement préalable à l’action,- elle favorise la structuration logique parce qu’elle permet de visualiser les relations entre les ac-

tions. Ceci permet de réfléchir au sens du lien entre chaque étape et au sens de ce lien vis-à-vis du rai-sonnement.

- elle permet de revenir sur le raisonnement qui a fait naître cette planification après la confrontationavec la réalité (l’expérimentation en elle-même).

Ceci n’est néanmoins possible que pour des raisonnements assez simples, qui comportent une partdéductive importante.

L’acte d’écriture est coûteux pour beaucoup de jeunes élèves. Son utilisation dans le cadre des ap-prentissages risque donc d’induire un appauvrissement de l’élaboration intellectuelle. Vu l’intérêt del’écrit, ce risque ne doit pas empêcher son utilisation. Il doit néanmoins être pris en compte :

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- par un travail régulier de la production écrite par ailleurs,- par la mise en place d’une progression de l’utilisation de l’écrit avec, notamment :

▫ une première approche (familiarisation) non formalisée de la démarche expérimen-tale,▫ des mises en commun régulières des outils de communication : vocabulaire(« donc », « hypothèse », « contre-exemple »,…), modes de représentation (schémas, ta-bleaux…),▫ une pratique de ces outils de communication un laps de temps réduit après leur dé-couverte.

44..33..44..55 LLaa pprroodduuccttiioonn ppeerrssoonnnneellllee eesstt pprrééfféérraabbllee..La production personnelle des raisonnements par les élèves avant d’en éprouver les limites facilite

ensuite le retour sur ces raisonnements (Astolfi (1)). La mise œuvre des enseignements tirés de cetteanalyse en retour sera d’autant plus facile par la suite.

44..33..44..66 LLee bbeessooiinn ddee ccoonnffrroonnttaattiioonnss ffoorrmmaalliissééeess..La prise de conscience et l’analyse des raisonnements doit se baser sur une confrontation de ces rai-

sonnements avec ceux des autres élèves, avec la réalité (expérimentation) ou avec les données issuesde livres.

La confrontation des élèves entre eux met en lumière des contradictions. L’objectif est qu’ils cher-chent à dépasser ces contradictions et, ce faisant, qu’ils reconstruisent et améliorent leur démarche(Astolfi (1)). De même, « le seul fait d’évoquer des situations vécues qui montrent comment différen-tes attitudes (par rapport à la tâche et au savoir) influencent la réussite d’une tâche et d’en discuter,contribue à une prise de conscience des élèves » (Barth5).

Pour être fructueuses, ces confrontations doivent déboucher sur une mise en commun des enseigne-ments pertinents que l’on en a tirés, validés par le maître. C’est la démarche de B.M. Barth (4a) quisoumet plusieurs exemples en situation d’une démarche mentale aux élèves (comparaison, inférence /vérification…) puis en dégage les principes fondamentaux avec les élèves (2).

44..33..44..77 UUttiilliisseerr lleess eerrrreeuurrss..Comme nous l’avons déjà dit, l’erreur « bien digérée » est source de progrès (cf. 4.1.1.4). Il en est de

même des erreurs de raisonnements : elles servent de points d’appui à la réflexion distanciée (Astolfi(1)). C’est par la mise en défaut que l’on cerne vraiment une notion ou une démarche (Barth).

44..33..44..88 UUnnee pprrooggrreessssiioonn ssuurr llee lloonngg tteerrmmee eesstt nnéécceessssaaiirree..Pour permettre la réflexion et la capitalisation des apprentissages, un certain niveau de formulation

est nécessaire. La maîtrise de ce vocabulaire ne sera effective que s’il est associé à une pratique régu-lière et progressive (mise en réseau).

La métacognition apparaît aussi difficile de par l’activité de réflexion elle-même.Une progression des difficultés et des notions à aborder vis-à-vis du raisonnement est donc néces-

saire. Pour se faire, pour la démarche expérimentale par exemple, il n’est sans doute pas obligatoireque toutes les phases de la démarche soient travaillées à l’occasion d’un même thème : l’enseignantpeut fournir directement les éléments nécessaires à certaines étapes et ainsi privilégier le sens des au-tres. Il pourra ainsi fournir directement les hypothèses s’il souhaite que les élèves réfléchissent surtoutsur la façon de les vérifier (trouver les paramètres, trouver des contre-exemples, trouver des situationsde test…).

44..44 PPRROOBBLLEEMMAATTIISSAATTIIOONN PPOOUURR LLAA MMIISSEE EENN PPRRAATTIIQQUUEELa progression du raisonnement se fait sur le long terme (cf. 4.1.3). Il est donc impossible dans le

cadre d’un stage de trois semaines d’évaluer l’efficacité de la métacognition vis-à-vis del’apprentissage du raisonnement.

Le questionnement pour la mise en pratique portera donc sur la faisabilité de métacognition enclasse et non pas sur son efficacité.

5 Réf. : d’après B.M. Barth, Pratiquer la métacognition avec les élèves pour leur apprendre à réfléchir, p51 des cahiers pédagogiques

n°344/345 de mai/juin 1996.

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55 MMIISSEE EENN ŒŒUUVVRREE PPRRAATTIIQQUUEE AAUU CCYYCCLLEE 33..J’ai pu testé la mise en œuvre pratique de la métacognition dans une classe de CM2 (Albert Camus à

Nevers, 22 élèves).

55..11 CCHHOOIIXX PPEEDDAAGGOOGGIIQQUUEESS EETT JJUUSSTTIIFFIICCAATTIIOONNSS66..

55..11..11 DDoommaaiinnee dd’’aapppplliiccaattiioonn..J’ai choisi plus haut de travailler à l’amélioration du raisonnement dans le cadre des sciences et

technologie (cf. 4.1.4). Il reste maintenant à choisir entre les sciences physiques, la biologie et la tech-nologie.

Il faut que les expériences choisies permettent à l’élève de tester son raisonnement, de mesurer leseffets de ses choix. Dans le mesure du possible, un échec ou une réussite ne doivent dépendre que dela validité du raisonnement. J’ai donc choisi une conception technique plutôt qu’une démarche expé-rimentale en sciences. En effet, un échec en sciences ne veut pas forcément dire que la théorie estfausse : il y a d’autres paramètres (conditions expérimentales, contingences matérielles, connaissancesinsuffisantes…). Par contre, un échec dans une conception technique simple sera plus directement lié àune erreur de raisonnement. Elle sera peut-être aussi plus facile à voir.

J’avais d’abord pensé utiliser des éléments en bois. Mais j’ai eu la possibilité d’utiliser des legos.J’ai choisi cette deuxième solution. Les legos sont en effet plus facilement modifiables que des élé-ments en bois en cas d’erreur. En outre, l’utilisation de legos présente moins de risques de problèmesliés à l’habileté manuelle ou au rapport réalisation / représentation (l’objectif étant ici le raisonnementet pas le montage en lui-même).

Comme support de l’activité réflexive, j’ai finalement choisi de faire concevoir aux élèves un sys-tème d’engrenages reproduisant une transformation du mouvement (démultiplication, inversion dusens de rotation) analogue à celle d’une mécanisme caché (voir schéma ci-dessous).

Figure 1

55..11..22 UUttiilliissaattiioonn ddee ll’’ééccrriitt..Nous avons vu que l’écriture est un outil efficace pour travailler à l’amélioration du raisonnement

car c’est une trace du raisonnement sur lequel on peut donc revenir. La métacognition nécessite aussi« une production personnelle des démarches par les élèves avant d’en éprouver les limites » (Astolfi) :il faut une planification et non pas un simple tâtonnement en manipulant. J’ai choisi d’adopter unedémarche comparable à celle de cet auteur (cf. 4.3.4.4) qui fait mettre en œuvre tour à tour par les élè-ves : réflexion, écriture, action, puis critique de la réflexion (en comparant l’écriture et le résultat del’action).

La schématisation préalable favorise la réflexion dans le sens où elle oblige à une première organi-sation des éléments du montage les uns par rapport aux autres. Mais ce n’est pas obligatoire : certainsélèves peuvent dessiner au hasard et ensuite faire un montage complètement indépendant de leurschéma. Pour favoriser une véritable réflexion, on va donc présenter le montage réel comme un moyende VERIFIER le schéma. Mais surtout, pour forcer au raisonnement, on demandera une justification

6 Pour le détail de la mise en œuvre : voir les fiches de préparation de la séquence en annexe 1.

19

écrite du schéma. Le lien entre le raisonnement et le réel sera cette justification. Les schémas peuventêtre imprécis alors que le raisonnement est bon : la justification permettra de préciser. Chaque étape dela séquence sera donc marquée par un questionnaire pour forcer à formuler le raisonnement ou pourl’ausculter :

- avant le montage : « Pourquoi est-ce que la dernière roue va tourner dans le bon sens par rap-port à la manivelle ? »…- après le montage : « A quoi vois-tu que tu t’es trompé ? » ; « Où t’es-tu trompé ? » ; « Pourquoit’es-tu trompé ? » ; « Que dois-tu changer pour que le dispositif fonctionne ? »…

55..11..33 QQuueellllee ccoonnffrroonnttaattiioonn ??Dans la partie précédente, j’ai indiqué que les élèves passeront directement de l’écriture à la mani-

pulation. Astolfi utilise aussi, avant la manipulation, un premier retour critique sur l’écrit lui-même enconfrontant les élèves les uns par rapport aux autres. Vu le peu d’expérience des élèves en technologieet le temps disponible pour mener la séquence, j’ai décidé de passer directement à la confrontationavec le montage réel, pensant qu’elle sera plus efficace et plus rapidement accessible pour les élèves.

55..11..44 UUnnee ffaammiilliiaarriissaattiioonn nnéécceessssaaiirree..Il est important que les élèves ne soient pas bloqués dans leur raisonnement, ou dans la schématisa-

tion, par des problèmes liés à la connaissance du matériel. Il aurait été intéressant, par exemple, deproposer aux élèves, avant la « séance métacognition », une recherche de mécanisme à réaliser sim-plement en tâtonnant, directement avec les legos.

Mais, j’ai supposé que des élèves de CM2, utilisant des legos, n’auraient pas besoin de cette phase.Ainsi, pour accéder plus rapidement à la phase recherche et réflexion, j’ai choisi de présenter les outils(legos) et les principes de schématisation directement, sans laisser le temps aux élèves de découvrirpar eux-mêmes.

55..11..55 CCoommmmeenntt mmoottiivveerr lleess ééllèèvveess ??Le retour sur sa propre réflexion peut être rébarbatif parce que difficile et sans grand intérêt appa-

rent. Il faut donc trouver des sources de motivation fortes pour les élèves. Il y en avait plusieurs ici, apriori :

- l’originalité du support (lego) et de la situation (technique, manipulation),- la recherche d’un mécanisme mystère,- le parallèle avec une démarche industrielle de conception,- la réussite grâce à l’analyse et au dépassement de l’erreur, dans le cadre de la démarche méta-

cognitive.

55..11..66 DDéérroouulleemmeenntt ggéénnéérraall..1. Observation de mécanismes réels à engrenages, description des mouvements et des principes de

transformation ;2. Présentation d’un mécanisme mystère, sous enveloppe (seules les manivelles d’entrée et de sortie

sont visibles) ;3. Recherche et schématisation par les élèves du mécanisme transformant le mouvement de la même

manière ;4. Justification écrite des choix de montage indiqués sur le schéma ;5. Montage effectif d’après le schéma ;6. Le mécanisme réalisé permet-il une transformation du mouvement identique à celle du mécanisme

mystère ;7. Analyse de l’origine des erreurs possibles ou des causes de la réussite (métacognition).8. Bilan : les erreurs récurrentes, les choix qui permettent de réussir (« Pour réussir, il fallait… »).

20

55..22 RREEMMAARRQQUUEESS SSUURR LLEE DDEERROOUULLEEMMEENNTT77..Pour information, le mécanisme inconnu est schématisé ci-dessous (chaque numéro indique le nom-

bre de dents de la roue correspondante). Seules les manivelles, sur le même axe que la première et ladernière roue étaient visibles. Le reste du mécanisme était dissimulé dans une enveloppe.

Il n’y avait pas d’exigences quantitatives : étaient acceptés tous les mécanismes pour lesquels la der-nière roue tournait plus vite et en sens inverse par rapport à la première.

Figure 2

55..33 AANNAALLYYSSEE DDEE LLAA SSEEQQUUEENNCCEE..

55..33..11 RReessppeecctt ddeess II..OO..Les recommandations formulées dans les I.O. (approche essentiellement qualitative, apprentissages

intégrés dans un processus de recherche et de réalisation technique, lien entre les objets réels et lesobjets fabriqués…) sont globalement respectées.

55..33..22 MMoottiivvaattiioonn ddeess ééllèèvveess..Les élèves ont dans l’ensemble été motivés par cette séquence, essentiellement par :- l’observation d’objets réels,- la manipulation (lego)- la référence au fonctionnement des objets techniques (boîte de vitesse, perceuse…)- la recherche d’un mécanisme mystère.

55..33..33 PPrréésseennttaattiioonn ddeess pprroodduuccttiioonnss ddeess ééllèèvveess..Avant le début de la recherche, il semble que la majorité des élèves ait compris les propriétés des

engrenages : démultiplication et inversion du sens de rotation. A partir d’un exemple dessiné au ta-bleau, ils savent dire dans quel sens tournera telle roue et si elle tournera plus vite ou moins que laprécédente. Par contre, très peu savent justifier leur réponse de façon précise par le rapport du nombrede dent et l’action des dents les unes sur les autres.

55..33..33..11 LLeess rrééppoonnsseess aavvaanntt llee qquueessttiioonnnnaaiirree dd’’aaiiddee..

Les schémas :En ce qui concerne les schémas, la question n’est pas de savoir s’il correspondent effectivement au

montage réel. L’objectif dans la démarche était qu’ils arrivent à justifier leur schéma (questionnairen°1) et qu’ils arrivent à trouver l’origine de leurs erreurs après avoir testé leur propre montage.

Nous allons donc nous intéresser ici à la cohérence et à la faisabilité des montages représentés.

La classe se divise globalement en 3 groupes :- Un groupe de 5 élèves semblant avoir compris le but du schéma et ayant un mode de représen-tation cohérent : les engrenages sont effectivement représentés, connectés les uns aux autres ; lesens de rotation et la taille des roues sont pris en compte.

Par exemple :

7 Voir fiches de préparation en annexe (annotations en italique).

21

Figure 3

- Un groupe de 2 ou 3 élèves ne semblant pas avoir compris l’objectif de la recherche (trouver lemécanisme). Par exemple :

Figure 4

Cette élève semble être restée sur la phase précédente de la séance (« dans quels objets trouve-t-ondes engrenages ? ») où l’exemple de l’horloge avait été donné. Ou bien a-t-elle ressenti le besoin dedonner plus de sens au mécanisme en le contextualisant. Dans tous les cas, elle considérait son tra-vail terminé (elle avait commencé à repasser le crayon au feutre).

- pour le reste des élèves (les 2/3), l’objectif de la recherche paraît avoir été compris mais ilssemblent avoir du mal à se représenter le mécanisme ou à le schématiser de façon explicite: les en-grenages ne sont pas toujours reliés ensembles (fig. 5) ; confusion entre manivelle et roue dentée(fig. 5,7) ; difficulté à se représenter par quelle voie se transmet le mouvement (fig. 6 : présenced’une liaison entre la manivelle et la roue de sortie qui ne correspond à aucune réalité ; fig. 8 : ab-sence de lien). Par exemple :

22

Figure 5 Figure 6

Figure 7 Figure 8

A ce stade, aucun des élèves ayant eu accès aux legos n’ont réalisé un montage correspondant auschéma : certains parce que leur schéma était trop irréaliste et donc intransposable dans la réalité ;d’autres parce qu’ils avaient abandonné l’idée du schéma et recommencé la recherche directementavec les legos (consigne non assimilée).

Le questionnaire n°1 (voir annexe 2 pour le support d’origine) :Il n’y a pas de corrélation entre la qualité des réponses au questionnaire n°1 et la qualité des sché-

mas. Pour les questionnaires, la classe se partageait en 3 groupes à peu près équivalents.Pour le premier (fig. 9 et 10), il n’est pas évident de voir ce que chacun des élèves veut exprimer,

même pour ceux qui avaient fait un schéma cohérent. Au delà des difficultés liées à la maîtrise del’expression écrite en général ou du principe des engrenages, on peut comprendre qu’il soit difficile dejustifier un schéma que l’on n’a pas réussi à organiser clairement.

Figure 9 Figure 10

23

Pour le deuxième groupe (fig. 11), la difficulté ne provient pas de la maîtrise de l’expression écrite.Elle semble plutôt de l’incompréhension du sens de la question ou du principe des engrenages. Parexemple :

Figure 11

Enfin, pour le troisième groupe (fig. 12 et 13), le sens de la question et le principe des engrenagessemblent avoir été globalement compris. Ils ont par contre des difficultés à formuler leur idée. Ils fontpar exemple lourdement appel à l’implicite. La compréhension du lecteur repose donc sur des hypo-thèses :

Figure 12 Figure 13

Ces deux élèves avaient fait un schéma à deux engrenages. On peut donc peut-être comprendrel’expression « ce n’est pas le même engrenage » pour exprimer l’inversion du sens de rotation. Demême, « ce n’est pas les mêmes dents » peut signifier qu’il n’y a pas le même nombre de dents, ce quiexpliquerait la démultiplication.

55..33..33..22 LLeess rrééppoonnsseess aauu qquueessttiioonnnnaaiirree dd’’aaiiddee ((ssééaannccee ddee rreemmééddiiaattiioonn)) ((vvooiirr aannnneexxee 44))..Pour pouvoir déboucher sur une démarche métacognitive, il m’a paru nécessaire, après ce premier

jet, de renforcer les capacités de communication et d’abstraction des élèves dans le domaine des en-grenages : amélioration de la clarté des schémas ; donner plus d’outils ou éclaircir les idées pour justi-fier les choix de montage ; utiliser aussi l’expression orale, en interaction avec le maître, en complé-ment de l’expression écrite.

24

J’ai donc consacré une séance à la manipulation (retour à un stade d’abstraction inférieur (2)), avantde revenir à la schématisation et à l’écrit. Ses objectifs étaient de se familiariser davantage avec les le-gos, les principes de transmission du mouvement par engrenages et la schématisation. Le fil conduc-teur était un questionnaire qui me permettait de laisser chaque élève en manipulation autonome etd’accorder une aide individuelle à ceux qui avaient le plus de difficultés à formuler. Voici quelquesréponses représentatives :

1er groupe (1/6 des élèves) : compréhension du principe des engrenages, justifications cohérentes,compréhensibles (et a priori : « j’ai imaginé les dents »).

Figure 14 Figure 15

2ème groupe (1/3 des élèves) : formulation correcte, le principe des engrenages semble compris maisla justification a priori est difficile voire absente : ils ont parfois eu besoin de réaliser le montage pourvérifier et donner une justification a posteriori (« je l’ai su quand j’ai construit mon montage »).

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Figure 16 Figure 17

3ème groupe (1/2 des élèves) : absence de justification voire de réponse alors qu’ils ont eu la possibi-lité de réaliser directement le montage pour la troisième question (en raison de leurs difficultés). Plu-sieurs des ces élèves étaient dissipés (cas du premier exemple). L’élève du deuxième exemple étaitintéressée. Comme d’autres, j’ai pu constaté à l’oral, par plusieurs questions/réponses et demandes deprécisions, qu’elle avait compris le principe des engrenages (prédiction du sens de rotation ou de lavitesse relative, description de l’interaction entre les dents : « elle appuie »). Elle semblait par contreavoir des difficultés à intégrer le sens d’une question écrite et à rédiger une justification.

Figure 18 Figure 19

26

Un bilan en classe entière, a été fait de cette activité : des élèves sont venus au tableau dessiner desschémas, ré-expliquer le principe des engrenages, d’autres ont apporté des exemples des justificationsdonnées à la question 3.

55..33..33..33 LLeess rrééppoonnsseess aapprrèèss llee qquueessttiioonnnnaaiirree dd’’aaiiddee..

Les schémas :Pour l’ensemble des élèves sauf une (voir fig. 23), ils sont devenus beaucoup plus explicites : les en-

grenages sont connectés, alignés ; on peut facilement distinguer les manivelles quand elles sont repré-sentées… Les élèves n’auront d’ailleurs pas de mal à faire un montage correspondant fidèlement auschéma. Par exemple :

Figure 20 Figure 21

Figure 22 Figure 23

Le questionnaire n°1 :J’ai pu constaté une amélioration des réponses au questionnaire n°1 pour quelques élèves. Par exem-

ple :

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Figure 24 Figure 25

Pour le premier, l’expression est plus claire, le sens de la question semble avoir été compris même sila justification est inadaptée. Pour le deuxième, si la formulation n’est pas encore satisfaisante, on voitque le sens de la question est compris et que la justification est adaptée (le principe des engrenagessemble avoir été assimilé).

Mais, pour la majorité des élèves, l’utilisation du questionnaire n°1 reste impossible. La justificationdes choix de montage s’est donc faite par orale, directement avec le maître, en utilisant le schémacomme support (ajout de flèche pour justifier le sens). Même par ce biais, seul 5 élèves ont réussi àformuler des justifications adaptées (mais pas forcément justes), que je notais sur leur schéma pour yrevenir après la construction du montage. Par exemple : « Elle va tourner plus vite parce qu’elle estpetite ».

55..33..33..44 LLeess mmoonnttaaggeess eett lleess aannaallyysseess oorraalleess,, aavveecc llee mmaaîîttrree..Est-ce que les élèves ont été capables de revenir sur leurs justifications initiales ? Ont-ils été capa-

bles de voir leurs erreurs et trouver leurs origines ? En ont-ils tiré des enseignements ?

Pour les élèves ayant été capables de justifier leur choix de montage :Peu d’élèves avaient été capables de produire (à l’oral ou à l’écrit) une justification de leur choix de

montage (5 ou 6). Sur ceux qui avaient répondu, tous avaient prévu dès le départ un montage corres-pondant au montage mystère, sauf un. Ce dernier s’était trompé dans le sens de rotation (deux rouesconsécutives avaient été indiquées comme tournant dans le même sens). A ma demande (et devantmoi), il a comparé son schéma, annoté de flèches prévoyant le sens de rotation, et le montage réel. Iln’a alors eu aucun problème pour retrouver son erreur, comprendre son origine (il n’avait pas imaginéde façon rigoureuse comment les roues tournaient entre elles) et la corriger. Par la même, il a pratiquéune métacognition qui lui a permis d’améliorer son raisonnement.

Pour les élèves n’ayant pas pu justifier leur choix de montage :Une première moitié n’a pas suivi la consigne (malgré les relances) et a réalisé le montage indépen-

damment de leur schéma. La comparaison des deux n’avait alors pas beaucoup d’intérêt. Les élèves dece groupe ayant réussi à retrouver le montage mystère ont procédé par tâtonnement mais sans vraimentvoir la cause de leurs échecs successifs (rapport de taille des roues, nombre de roues).

Je n’ai pas pu réaliser de bilan avec tous ceux qui avaient construit un montage conforme à leurschéma initial. Pour ceux que j’ai vus, ils arrivaient bien à voir leur erreur (« J’ai mis une roue troppetite en premier »…) mais ne pouvaient pas m’expliquer pourquoi ils avaient fait cette erreur. Peut-être n’avaient-ils pas vraiment réfléchi ? Et nous ne pouvions pas répondre à cette question sans traceécrite des choix faits par le passé.

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55..33..44 AAnnaallyyssee ddee ll’’éécchheecc ddee llaa ddéémmaarrcchhee pprréévvuuee ((nnoottaammmmeenntt ddaannssll’’uuttiilliissaattiioonn ddee ll’’ééccrriitt)) ::

En bilan de cette séquence, on peut dire que seul un élève sur 22 a pu pratiquer une métacognition(retrouver une erreur de raisonnement et son origine).

Le point fort de la démarche (voir 5.1.2 et 5.1.3) était l’utilisation de la justification écrite pour for-cer au raisonnement et permettre l’analyse a posteriori du raisonnement, à la lumière del’expérimentation (réalisation du montage). On peut attribuer l’essentiel de l’échec de la démarche àce point bloquant : l’impossibilité d’utiliser la justification écrite.

Comment expliquer cette difficulté ?

55..33..44..11 UUnnee ffaammiilliiaarriissaattiioonn iinnssuuffffiissaannttee aavveecc llee ddoommaaiinnee..L’idéal pour atteindre le but de la séquence (concevoir un mécanisme équivalent au mécanisme ca-

ché) aurait été de laisser les élèves dès le départ avec les legos et procéder par tâtonnement (ils au-raient eux-mêmes préféré procéder de cette manière : plus ludique) MAIS la démarche métacognitive(prise de conscience du raisonnement) n’aurait pas été possible ET ils n’auraient peut-être pas eu be-soin de se poser consciemment la question de la transmission par engrenages (inversion du sens derotation, démultiplication). Il y avait aussi le problème du temps disponible pour cette expérimenta-tion. Ces trois arguments expliquent les choix d’organisation qui ont été faits (voir 5.1).

Les grosses difficultés des élèves au début de la séquence (premier schéma et première réponse auquestionnaire n°1) d’une part, les progrès constatés au travers du questionnaire de remédiation d’autrepart, confirment une hypothèse déjà présentée mais insuffisamment prise en compte dans la séquence(voir 4.1.2.3, 4.3.4.8 et 5.1.4) : le raisonnement nécessite une familiarisation certaine avec le sujet deraisonnement (la transmission du mouvement par engrenage en général et l’utilisation de pièces en le-go en particulier). On ne peut pas, en même temps, apprendre une connaissance et réfléchir sur le rai-sonnement utilisant cette connaissance : il n’y a pas de base stable de réflexion.

Pour remédier à cette difficulté, il aurait fallu conduire une démarche équivalente à celle del’observation d’objets réels et du questionnaire d’aide mais de façon plus développée et moins rapide :une progression douce dans les stades d’abstraction :

- observation d’objets réels et manipulation d’engrenages,- utilisation puis confection de schémas de montage,- communication orale puis écrite (description de montage, propriétés des engrenages puis justi-fications de choix de montage).

Chacune de ces situations pouvant être abordée sous la forme d’un problème de recherche où lesélèves pourraient se confronter à la réalité et les uns aux autres ; et passer d’un stade d’abstraction à unautre.

Le fait que beaucoup d’élèves aient réussi à répondre au questionnaire d’aide et pas au deuxième jetdu questionnaire n°1 montre aussi cette insuffisante familiarisation et capacité d’abstraction : il estplus facile de réfléchir sur un montage qui est schématisé ou réellement construit sous les yeux, que deréfléchir sur un montage que l’on a imaginé seul (et pas encore construit réellement).

55..33..44..22 DDeess ddiiffffiiccuullttééss dd’’eexxpprreessssiioonn ééccrriittee..Des difficultés dans la production d’écrit et dans l’expression orale (précision du propos) ont rendu

la formulation des justifications d’autant plus difficile.Au delà de la familiarisation accrue avec le domaine qui aurait donné davantage de vocabulaire, il

aurait été intéressant de conduire en parallèle à cette séquence, en français, un travail sur le sens de lajustification, de la cause, de l’argumentation.

55..44 CCOOMMMMEENNTT MMEETTTTRREE EENN ŒŒUUVVRREE UUNNEE DDEEMMAARRCCHHEEMMEETTAACCOOGGNNIITTIIVVEE ??

Il s’agit maintenant de répondre à la question de la faisabilité de la métacognition en classe, questionjustifiant cette expérimentation. Comme nous l’avons déjà dit, nous ne pouvions pas ici vérifier son ef-ficacité.

29

55..44..11 LLaa ddéémmaarrcchhee pprréévvuuee aa éécchhoouuéé ddaannss cceettttee eexxppéérriieennccee mmaaiiss nnee ddooiitt ppaassêêttrree rreejjeettééee..

Moyennant un travail sur la notion de justification et une familiarisation plus approfondie (voir5.3.4), cette séquence auraient pu être fructueuse, d’autant plus que les élèves étaient motivés par lasituation.

Seul un élève sur 22 a pu pratiquer une métacognition tel que c’était prévu dans la séquence. Maisplusieurs autres m’ont montré au cours de leur progression que l’analyse de leurs erreurs, et donc la ré-flexion sur leur propre raisonnement, était quand même possible.

55..44..22 FFaaiissaabbiilliittéé ddee llaa mmééttaaccooggnniittiioonn..Si l’on se base uniquement sur cet exemple, on peut donc dire que la mise en œuvre de la démarche

métacognitive est possible, MAIS à condition d’en donner les moyens aux élèves :- moyens de s’exprimer : vocabulaire, structures logiques,- moyens de réfléchir : connaissance du domaine (ses contraintes, les interactions entre les élé-ments qui le constituent…).

Il ne faut pas non plus brûler les étapes dans la progression dans les stades d’abstraction etl’amélioration de l’autonomie des élèves.

A la lumière de cette expérience, toutes les réflexions faites dans la partie 4 restent valables.

Cela peut sembler trop lourd et long à mettre en œuvre. Mais, l’habitude venant et la progression desélèves aidant, on peut supposer que le temps à passer pour chaque nouveau domaine, sera de moins enmoins long avec l’avancement de l’année et l’enrichissement de l’expérience.

55..44..33 CCoommmmeenntt pprroolloonnggeerr llaa ddéémmaarrcchhee eennggaaggééee ddaannss llee ccaaddrree ddee ccee mméé--mmooiirree ??

Il serait intéressant d’engager une démarche de MESURE de l’efficacité de la métacognition enmettant en place une progression comprenant cette fois tous les facteurs proposés dans la partie 4.3. :du plus formalisé dans le cadre de séquences quasi-dédiées au moins formalisé dans le cadre du fonc-tionnement quotidien de la classe.

Une telle progression nécessiterait d’avoir une classe à temps complet pendant un temps suffisam-ment long pour adopter des habitudes de travail propices à la réflexion. L’autonomie et la prise encharge de l’erreur, en particulier, vont demander une attention particulière. Il faudra aussi résoudre defaçon plus systématique la question de l’évaluation du raisonnement (cf 4.1.3).

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66 AAUUTTRREESS EEXXPPEERRIIEENNCCEESS..Il m’est arrivé plusieurs fois de tenter des expériences de métacognition, de façon informelle, au

cours de mes stages. Elles ont consisté en un dialogue individualisé entre un élève et moi (comme leferait en fait tout enseignant quand il veut aider ou évaluer un élève en particulier).

L’objectif premier de ces démarches était en effet de venir en aide aux élèves. L’échantillon n’estdonc pas représentatif : il s’agissait en général d’élèves en difficultés. D’une manière générale, on peutdire que les élèves que j’ai vu ont beaucoup de mal à revenir sur leur réflexion : il leur est souvent dif-ficile de formuler une justification (a priori comme a posteriori) et encore plus difficile de remettre encause et critiquer cette justification.

Pour illustrer ce constat, voici deux expériences vécues en classe, dans lesquelles j’ai essayé de fairerevenir l’élève sur sa réflexion.

Avec des élèves en Moyenne Section :A la fin d’une séquence sur la flottaison8, j’ai demandé à l’ensemble des élèves, un par un, de prédire

si tel ou tel objet allait couler ou flotter. En suivant le même principe que la démarche décrite plus hauten CM2, je demandais ensuite à chaque fois aux élèves de justifier leur hypothèse. Après avoir effec-tuer le test dans une bassine, je lui demandais enfin de me dire s’il s’était trompé et pourquoi il s’étaittrompé.

La question étant simple, l’ensemble des élèves parvenait à dire s’ils s’étaient trompés ou pas. Parcontre, seule la moitié des élèves parvenaient à justifier leur hypothèse (« parce qu’il est lourd » ;« parce qu’il est petit »…). Surtout, parce que c’est là qu’aurait résidé une éventuelle métacognition,un seul élève a réussi à répondre à la question « pourquoi t’es-tu trompé ? » : ils restaient muets, mêmeceux qui avaient donné une justification au départ. Ils restaient apparemment perplexes devant la diffé-rence entre leur pronostic et le résultat du test. La formulation était peut-être aussi trop difficile. Il fautpréciser que ces élèves n’étaient pas habitué aux séances de « sciences » et à la pratique d’une démar-che de type expérimental. L’analyse du seul élève ayant répondu fut : « Je croyais que les petits objetsflottaient ».

Avec des élèves en CM2 :Dans le cadre d’une séance de mathématiques (résolution de problèmes), j’ai interrogé quelques élè-

ves semblant répondre « au hasard » à la question posée. L’ensemble de ces élèves, moyennant unquestionnement de ma part (« Pourquoi as-tu écrit ceci ? » ; « Comment as-tu su cela ? »…), a réussi àformuler une justification orale de leur réponse. En cas d’erreur, il s’agissait ensuite de leur faire criti-quer leur propre réflexion : « Pourquoi as-tu pensé ainsi ? »… Le retour critique n’étant pas facile, jedevais en général préciser mes questions pour les faire aboutir : « Pourquoi n’as-tu pas pris en comptetelle donnée ? », « Pourquoi telle donnée ou tel calcul ne te suffit pas pour déduire tel résultat ? »…

Dans les deux cas, l’objectif principal n’était pas la métacognition. Les élèves étaient d’abord moti-vés par la réussite de leur tâche : répondre juste au problème ou à la question du maître. Ils n’ont doncsans doute pas été sensibles à l’intérêt du retour critique sur leur réflexion. Mais cette difficulté pro-vient essentiellement de ma démarche : je n’ai pas systématiquement conclu ces dialogues par un en-seignement susceptible d’aider les élèves lors de leur prochaines réflexions : « Finalement, quel était leproblème exactement ? » (intérêt de la reformulation de la problématique) ; « Toutes les donnéesétaient-elles nécessaires ? »…

Malgré tout, comme je l’ai dit plus haut, ce type « d’accompagnement métacognitif » informel restenécessaire (voir 4.3.4.3). Mais l’enseignement doit avoir bien conscience de ces objectifs méthodolo-giques au moment de l’étayage : la conclusion ne doit pas se résumer à la réussite de la tâche.

8 Au cours de cette séquence, les élèves avaient notamment découvert librement le phénomène et effectuer des tris d’objets (flotte ou

coule) repris tous ensemble.

31

77 CCOONNCCLLUUSSIIOONN :: LLEESS AAPPPPOORRTTSS DDUU MMEEMMOOIIRREE AA MMAAFFOORRMMAATTIIOONN..

Si l’expérience n’a pas été totalement concluante, elle a été enrichissante, surtout à la lumière de laréflexion préalable sur les modalités de l’apprentissage du raisonnement, qui seront à prendre encompte dans mon approche de l’apprentissage à l’avenir (voir 4.1). Et ce d’autant plus que les princi-pes qui ont été vus peuvent s’appliquer à toutes les matières.

Au delà de l’apprentissage du raisonnement, ce mémoire m’a permis de me rendre compte de façonconcrète de l’intérêt de certaines réflexions que l’enseignant doit mener lors de la préparation de sesséquences :

- formulation précise des objectifs pédagogiques,- capitalisation d’expérience sur les besoins et les difficultés des élèves.

En effet, sans ces réflexions, les apports de l’enseignant risquent de rester purement disciplinaires. Ilrisque de ne pas prendre en compte les besoins du type savoir-faire ou savoir-être des élèves, qui setravaillent sur des périodes beaucoup plus longues, en parallèle des savoirs disciplinaires. En outre,même si ces besoins sont pris en compte, les interventions de l’enseignant risquent de rester ineffica-ces s’il n’y a pas de réflexion préalable et donc pas de progression logique. La prise en compte desobjectifs de savoir-faire ou savoir-être ne doivent pas être des options ou des « petits plus » dans laconstruction des séances. L’enseignant doit veiller à les garder à l’esprit en conduisant les séances,comme nous l’avons vu dans les parties 4.1, 4.3 et 6.

L’objectif est, je pense, de ne pas constater un jour : « en réalité, l’enseignant n’a pas d’utilité : lesélèves apprennent tout seul ! ».

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88 BBIIBBLLIIOOGGRRAAPPHHIIEE

1. J.P. Astolfi, B. Peterfalv, A. Vérin, Compétences méthodologiques en sciences expérimentales,INRP, 1991.

2. Barth B.M., L’apprentissage de l’abstraction. Méthode pour une meilleure réussite à l’école,Retz, 1987.

3. BO HS n°1 du 14/02/02.4. Cahiers pédagogiques n°344/345 de mai/juin 1996 :

a. Barth B.M., Pratiquer la métacognition avec les élèves pour leur apprendre à réfléchir,p51.

b. Develay M., Raisonner et résonance, p29.c. Faes S., Hervy M. et Jaffrot M., Apprendre à raisonner… pourquoi par en math ?, p60.d. George J., Raison et vertiges, p48.e. Giordan A., Apprendre à raisonner… Oui, mais sur quoi ?, p31.f. Giordan A., Conceptions et raisonnements, p57.g. Higelé P., Les ARL permettent-ils d’apprendre à raisonner ?, p74. ARL : atelier de rai-

sonnement logique.h. Ripoll T. et Tricot A., Penser, ce n’est pas seulement « raisonner logiquement », p37.i. Tozzi M., L’apprentissage de la rationalité, p35.

5. Durand S, Mise en place de la démarche scientifique : esprit critique et socialisation, mémoirePE2, année 1999-2000, IUFM de Montpellier.

6. La main à la pâte – Les sciences à l’école primaire, Flammarion, 1996.7. Larousse, 1998.8. www.inrp.fr/lamap

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99 AANNNNEEXXEESS

ANNEXE 1 :séquence CM2 commentée.

Transmission et transformation de mouvement.Titre élève : la transmission du mouvement par les engrenages.

Remarque : les analyses détaillées et le retour d’expérience sont annotées en italique.

I.O. :Programmes :- L'enseignant sélectionne une situation de départ qui focalise la curiosité des élèves, déclenche leurs

questions et leur permet d'exprimer leurs idées préalables. Il incite à une formulation précise. Il amèneà sélectionner les questions qui se prêtent à une démarche constructive d'investigation débouchant surla construction des savoir-faire, des connaissances et des repères culturels prévus par les programmes.

- L'élève s'initie, dans le cadre d'une réalisation, à la recherche de solutions techniques, au choix et àl'utilisation raisonnée d'objets et de matériaux.

- objets mécaniques ; transmission de mouvements : Un processus de réalisation d'objet techniquepermet à l'élève d'élaborer une démarche d'observation et de recherche. Cette réalisation peut être,pour l'élève, l'occasion de s'approprier quelques notions scientifiques de base.

Compétences :Avoir compris et retenu :(…)- les principes élémentaires de fonctionnement de circuits électriques simples, de leviers, de balan-

ces, de systèmes de transmission du mouvement : quelques utilisations techniques.

DAP :Être capable de monter ou démonter un objet technique simple. Apprendre à se comporter efficace-

ment devant un problème d'ordre techniqueL'objectif prioritaire est de développer chez les élèves des attitudes rationnelles devant des problè-

mes de transmission et de transformation du mouvement.Les activités sont essentiellement qualitatives et non un simple prétexte à travailler la proportionna-

lité.On ne mène pas une étude exhaustive des systèmes de transmission sans l'appui des objets

dans lesquels ils sont impliqués (par exemple, c'est d'abord en fabriquant un treuil qu'on s'in-terroge dans un second temps sur le rôle des engrenages). Un ou deux exemples simples sont choi-sis en fonction de l'âge des élèves, de l'équipement de la classe, des goûts et des compétences de l'en-seignant, des projets en cours ou des opportunités locales. Les démarches de fabrication sont jalonnéesd'une réflexion régulière sur les problèmes rencontrés et sur les solutions envisagées. Le mécanismeutilisé peut être ensuite identifié et éventuellement étudié pour lui-même.

Objectifs généraux :- Savoirs : compréhension du principe des engrenages (transmission de mouvement, démultiplica-

tion, changement de sens de rotation) + quelques exemples d’objets utilisant ce principe.- Savoirs-faire : schématisation, passage schéma-réalité, démarche de construction de mécanismes,

observation d’un mécanisme réel.- Métacognitif : - prendre conscience des ses erreurs de raisonnement / conception.

- SURTOUT : comprendre leur origine- Les critiquer, les modifier pour améliorer la qualité de son raisonnement

(et de sa production).

Prérequis :

35

- Savoir schématiser un mécanisme ! cf S1 : schéma très simple- Savoir justifier une décision ! S2

Remarque : les élèves n’ont pas du tout fait de technologie au cour de cette année de CM2. Ils enont très peu fait l’année précédente.

La transmission du mouvement par les engrenages.

S1 :Objectifs :- Observation de mécanismes réels : schéma ou dessins (essoreuse à salade, boite de vitesse, montre ou horloge, voiture à friction, perceuse) ! mouvement d’entrée ?

Mouvement de sortie ? Transformation : comment ?- Recueil de représentations : à quoi servent les engrenages ?! qu’est-ce qu’on pourrait faire pour savoir ? (construire un montage utilisant des engrenages).- Présentation et schématisation des pièces de lego.

Objectifs Déroulement Matériel Difficultés pos-sibles et parades

Retour d’expérience

Recueil de re-présentation +questionnementindividuel.

Mise en re-cherche.

- matin : pour cet après-midi : réfléchis-sez : dans quoi peut-on trouver des engre-nages. ? Si vous trouvez un objet chezvous et si vous avez le droit de l’emmenerà l’école : apportez-le.

- AM : Qu’est-ce qu’un engrenage ? Aquoi servent-ils ? (! 2 colonnes : vrai etfaux) Où peut-on en trouver ? (! 2 colon-nes : vrai/faux).! petit questionnaire (pour comparaison

à la fin de la séquence) puis mise en com-mun au tableau.

Comment est-ce qu’on peut savoir si ceque vous dites est vrai ou faux ?! en regardant dans des objets.! en construisant un mécanisme avec

des engrenages.

Petit question-naire

(11 photoco-pies).

Awak et Tamas :dessin ou dictée auM.

- Réflexion préalable : J’ai oublié de demander aux élèves deréfléchir et d’apporter un objet avec des engrenages. Dom-mage : cela aurait permis d’aiguiser leur curiosité,d’augmenter leur motivation et surtout, cela m’aurait permisde faire des groupes d’observation plus petits (avec plusd’objets)- Recueil des représentations : Pour gagner du temps, le re-cueil de représentation a été fait en classe entière.L’interrogation personnelle de chacun n’a pu être obtenuemais la participation de la classe a été bonne dans l’ensemble.Pour info, le questionnaire est néanmoins joint : représenta-tions_S1.doc).

D’une manière générale, les élèves savent ce qu’est un engre-nage. Ils ont par contre une représentation très vague des ob-jets où l’on peut en trouver (tous les mécanismes qui tournenten général).

Observationd’objets réels,

révision des

Autant de groupes que d’objets :

Vous allez observer ces objets :- Les roues tournent-elles dans le même

Questions au ta-bleau

3 jouets et cou-

Attention dis-putes => copie desdèf du dico de en-grenage, mouve-

Observation en groupe :- N’ayant que 4 objets à ma disposition, les groupes compor-taient trop d’élèves (5 à 6) pour travailler sereinement (surtoutavec les difficultés de cohabitations existant dans la classe).

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premières répon-ses apportées.

Améliorationde la représenta-tion de la trans-mission de mou-vement par en-grenage.

sens ?- Les roues tournent-elles à la même vi-

tesse ?- comment se transmet le mouvement ?1 secrétaire par groupe(entraînement par les dents).

Mise en commun + illustration boite devitesse

Finalement, réponse aux questionsqu’est-ce et à quoi servent les engrenages ?

! bilan en classe entière puis trace écrite1

vercle essoreuse àsalade.

Prévoir lesgroupes.

Principales ré-ponses au tableau.

22 copies boitede vitesse.

ment, vitesse, dé-multiplication,transmission, roue,sens, perceuse,boite…

Faire expliquer« mouvement ».

- Après une première observation, tous les élèves n’ont pas vuque les roues ne tournaient pas toutes dans le même sens. Il afallu leur demande de bien regarder. De même, la constatationque toutes les roues ne tournaient pas à la même vitesse (dé-multiplication) a été très difficile, voire impossible (dans cepremier temps) pour 1/3 des élèves.- Aucune formulation écrite de la façon dont se transmet lemouvement à ce stade.

Illustrations :- Remarque sur la motivation :L’observation de mécanismes réels et l’allusion à des objets

mécaniques concrets (boîte de vitesse, perceuse) à fortementintéressé des élèves peu motivé par le travail scolaire parailleurs.

Mise en re-cherche sur lesmodalités detransmission demouvement.

Qui peut m’expliquer comment ça se faitque ça tourne plus vite ou moins vite et pasdans le même sens ?

! relevé d’hyp.

Comment savoir / comprendre ?

! en construisant un vrai mécanisme

Explication du principe de transmission du mouvement :A ce stade, seul 4 élèves ont été capables de formuler (à

l’aide d’un schéma au tableau) le principe de transmission (lesdents d’une roue appuient sur celles de la suivante dans lachaîne de transmission).

aide au raison-nement et sché-matisation

- Présentation des pièces que l’on va uti-liser

- Schéma par les E puis exemplaire du M=> plus facile de faire un schéma après.

Schéma ! démarche d’ingénierie.

22 copie schémades roues.

Pièces de lego.

Les élèves, à une ou deux exception près, ont bien compris etadhérer à l’intérêt de la schématisation simplifiée des engrena-ges pour dessiner plus facilement et plus rapidement.

L’allusion à la « démarche ingénierie » n’a vraiment intéres-sé que 2 ou 3 élèves.

Trace écrite 1 :

Titre : la transmission du mouvement par les engrenages.

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La transmission du mouvement peut se faire par des roues dentées (les engrenages).On trouve des engrenages dans de nombreux objets : essoreuse à salade, boite de vitesse de voiture, montre ou horloge, voiture à friction, perceuse.

S2 :(telle que prévue initialement)Titre : construction d’un mécanisme utilisant des engrenages.(transformant le mouvement de la même manière qu’un mécanisme caché).

Objectifs :- Savoirs : compréhension du principe des engrenages (transmission de mouvement, démultiplication, changement de sens de rotation).- Savoirs-faire : schématisation, passage schéma-réalité, démarche de construction de mécanismes

- Métacognitif : - prendre conscience des ses erreurs de raisonnement / conception.- SURTOUT : comprendre leur origine- Les critiquer, les modifier pour améliorer la qualité de son raisonnement (et de sa production).

Obj pour E Déroulement Matériel Difficultés pos-sibles, prolonga-tions

Retour d’expérience

Appropriationdu problème.

1. Présentation du mécanisme.Faire décrire aux enfants les mouvements d’entrée et de sortie.

Consigne :Quel montage peut-on faire pour qu’avec un même mouvement en entrée,

on obtienne un même mouvement en sortie ?

Reformulation

Montage mys-tère.

Schéma desparties visiblesau tableau.

Compréhension du problème :OK.

Première re-présentation duproblème.

1ère prise deconscience du

2. Les enfants dessinent individuellement le mécanisme supposé et répon-dent à 2 questions :

- Pourquoi est-ce que la dernière roue va tourner dans le bon sens par rap-port à la manivelle ?

- Pourquoi est-ce qu’elle va tourner plus vite ?

Faire le rapprochement avec les démarches d’ingénierie.

22 questionnai-res n°1 (joint) etfeuilles blanchespour schématiser.

Pour aider à ré-pondre aux ques-tions : faire verba-liserl’enchainementdes mouvementspour chaque roue

De grosses difficultés pourschématiser et répondre au ques-tionnaire, malgré une reformula-tion en commun du problème etdes propriétés des engrenages.Cette mise en commun m’ad’ailleurs permis de me rendre

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raisonnement.

Si difficulté générale à schématiser : Mise en commun : comment repré-senter clairement (vue de côté, vue de dessus, indiquer le nombre de dents).

Reprise du schéma + question.

Si difficulté générale pour répondre au x questions : mise en commun=> hyp => montages intermédiaires et conclusion (2 roues consécutivestournent en sens inverse, roue plus petite tourne plus vite).

(sens et vitesserelative).

Pas de question-naire pour Awak etTamas.

compte que la grande majorité desélèves semblaient avoir comprisles principes de démultiplication etd’inversion du sens de rotation.

Certains élèves ont malgré toutpu tester leur montage avec des le-gos.

Voir analyse plus détaillée dansle texte du mémoire.

Confrontationà la réalité.

Quand questionnaire rempli :

3. distribution des pièces pour construction du montage.Avec liste des pièces à rendre.

11 boites avecnom et liste despièces.

Montrer éven-tuellement lemontage des axes.

Attention : lais-ser du jeu.

Retour criti-que sur son rai-sonnement.

4.Si réussite : questionnaire n°2 pour aider les autres.

Si échec : questionnaire n°2 pour trouver origine de l’erreur.

2ème schéma.

22 question-naires de cha-que.

Ceux qui ontréussi : aider lesautres ou inventerun autre montage.

Risque difficul-tés pour répondreau questionnaire=> reformuler lesquestions

Confrontationà la réalité

5. Retour sur le montage.

Formulationdes acquis.

Verbalisationdes démarches

6. Mise en commun :Comparaison des montages, chacun dit pourquoi ça marche ou pas, ex-

plique sa démarche.

Si difficulté ver-balisation, le maî-tre peut donner unexemple : enchaî-

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=> exemplepour les autres.

+ « les erreurs ont permis de comprendre » nement des mou-vements à partird’un schéma.

7. Retour ultime sur le montage avec tâtonnement possible.Conclusion : trace écrite n°2.

Trace écrite 2 :

Dans un système d’engrenages, une roue entraîne la suivante par « déplacement » successif des dents : les dents de la première roue appuient sur les roues de la sui-vante. Deux roues consécutives tournent en sens inverse.

! dessin détail des dents (une dent rouge et une bleue) et sens inverse.

Dans un système d’engrenages, plus le nombre de dents d’une roue est petit, plus elle tourne vite

! schéma (nb de dents / nb de tour) avec une roue de 40 dent et une roue de 20 dents (=> « la grande roue fait un tour pendant que la suivante en fait deux. »).

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S2 bis (suite) :

Les objectifs pédagogiques restent les mêmes mais le déroulement est adapté pour que les élèves parviennent à les atteindre.

Reprise après la phase 2 de S2 initiale (schématisation et réponse au questionnaire n°1).

Obj pour E Déroulement Matériel Difficultés pos-sibles, prolonga-tions

Retour d’expérience

Familiarisa-tion avec :- les legos- les principesde transmissiondu mouvementpar engrenage- la schématisa-tion

- Réponse aux questions 1 et 2.- Correction / discussion au fur et à mesure par le maître avec les élèves

ayant des difficultés.- Réponse à la question 3.- Vérification en construisant le montage.- Retour critique à l’oral avec le maître en individuel puis mise en commun

dans la classe (schématisation, principe des engrenages, erreurs possibles)

22 question-naires d’aide.

L’ensemble des élèves a répondude manière correcte aux deuxpremières questions.

Les élèves habituellement dissi-pés n’ont pas répondu à la troi-sième.

Voir analyse plus détaillée dansle texte du mémoire.

Réappropria-tion du pro-blème.

Prise de con-science du rai-sonnement.

Nouvelle présentation du mécanisme mystère.

Reprise du schéma et réponse au questionnaire n°1.

A deux exceptions près, lesschémas deviennent plus explicitesmais pas toujours justes.

La formulation des réponses auquestionnaire n°1 est toujours trèsdifficile sur tout pour les élèvespour lesquels le schéma est faux.

Je me suis donc contenté d’uneformulation orale (avec demanded’explicitation du maître).

Les élèves pouvant ensuite pas-ser au montage effectif (phase 3).

Confrontationà la réalité.

Quand questionnaire rempli :

3. distribution des pièces pour construction du montage.Avec liste des pièces à rendre.

11 boites avecnom et liste despièces.

Montrer éven-tuellement lemontage des axes.

Certains élèves ne tenaient pascompte de leur schéma pour cons-truire leur montage et procédaientdirectement par tâtonnement pour

42

Attention : lais-ser du jeu.

retrouver le mécanisme mystère=> nécessité de rappeler la consi-gne.

Retour criti-que sur son rai-sonnement.

4.Si réussite : questionnaire n°2 pour aider les autres.

Si échec : questionnaire n°2 pour trouver origine de l’erreur.

2ème schéma.

22 question-naires de cha-que.

Ceux qui ontréussi : aider lesautres ou inventerun autre montage.

Risque difficul-tés pour répondreau questionnaire=> reformuler lesquestions

Aucune utilisation du question-naire n°2.

Pour les élèves ayant réus-si (cinq) : questionnement oralavec le maître en comparant lemécanisme construit avec le sché-ma initial (

Pour les élèves ayant des diffi-cultés : comparaison à l’oral deleur montage avec le montagemystère et recherche des raisonspouvant expliquer leurs erreurs.

5. Retour sur le montage avec tâtonnement possible.Formulation

des acquis.Verbalisation

des démarches.

6. Mise en commun :- principe des engrenages- les erreurs possibles et surtout « les erreurs ont permis de comprendre »

Si difficulté ver-balisation, le maî-tre peut donner unexemple : enchaî-nement des mou-vements à partird’un schéma.

La mise en commun sur le prin-cipe des engrenages a bien étéfaite mais pas celle sur les erreursde raisonnement.

7. Conclusion : trace écrite n°2.

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ANNEXE 2Date : ______________ Nom :

_______________________

Construction d’un système d’engrenagesQuestionnaire n°1

1. Pourquoi est-ce que la dernière roue va tourner dans le bonsens par rapport à la manivelle ?

_______________________________________________

_______________________________________________

_______________________________________________

2. Pourquoi est-ce qu’elle va tourner plus vite ?

_______________________________________________

_______________________________________________

_______________________________________________

Date : ______________ Nom :_______________________

Construction d’un système d’engrenagesQuestionnaire n°2

1. Est-ce que ton montage marche comme le modèle ? ________.

2. Si oui, est-ce que les raisons que tu avais données dans le ques-tionnaire n°1 sont bonnes, finalement ? _________________

Pourquoi ?____________________________________________________

_____________________________________________________

_____________________________________________________

44

ANNEXE 3Date : ______________ Nom :

_______________________

Construction d’un système d’engrenagesQuestionnaire n°1

1. Pourquoi est-ce que la dernière roue va tourner dans le bonsens par rapport à la manivelle ?

_______________________________________________

_______________________________________________

_______________________________________________

2. Pourquoi est-ce qu’elle va tourner plus vite ?

_______________________________________________

_______________________________________________

_______________________________________________

Date : ______________ Nom :_______________________

Construction d’un système d’engrenagesQuestionnaire n°3

1. Est-ce que ton montage marche comme le modèle ? ________.

2. Si non, à quoi vois-tu que tu t’es trompé ?_____________________________________________________

_____________________________________________________

3. Pourquoi t’es-tu trompé ? (tu peux relire les réponses que tu avaisdonnées au questionnaire n°1).

_____________________________________________________

_____________________________________________________

4. Que dois-tu changé pour que cela marche ?_____________________________________________________

_____________________________________________________

ANNEXE 4

ANNEXE 5

On trouve des engrenages dans les boites de vitesse des voitures :

On en trouve aussi dans les perceuses :

ANNEXE 6Questionnaire de recueil des représentations initialement prévu :

Date : ______________ Nom :_______________________

1. Pour toi, qu’est-ce qu’un engrenage (tu peux faire un schéma)?

___________________________________________________

___________________________________________________

2. Pour toi, à quoi servent les engrenages (tu peux faire un sché-ma) ?

____________________________________________________

____________________________________________________

3. Dans quels objets peut-on trouver des engrenages ?

____________________________________________________

___________________________________________________

_

ANNEXE 7

Comment représenter les pièces d’engrenage ?

Engrenages : photo deface.

Dessine unschéma de la vuede face

Dessine unschéma de la vuede côté

Schéma sim-plifié de la vuede face

Schéma sim-plifié de la vuede côté

49

L’APPRENTISSAGE DU RAISONNEMENT

1. Comment faire en sorte que les séances de sciences et technologie (dé-marche expérimentale) soient fructueuses pour les élèves en termed’apprentissage du raisonnement ?

Et plus particulièrement :2. Comment mettre en œuvre une démarche métacognitive ?

RESUME : Après avoir proposer une définition du raisonnement dans le cadre scolaire, cemémoire essaie d’abord d’envisager de façon systématique les principes à suivre pour aiderles élèves à améliorer cette compétence. Il montre en particulier l’intérêt des sciences expéri-mentales et surtout du retour critique sur sa propre réflexion (la métacognition). Une mise enœuvre pratique en technologie (engrenages) en classe de CM2 est détaillée.

MOTS CLES : raisonnement – métacognition – sciences – technologie – esprit critique.