IUFM DE BOURGOGNE

Raphaël BOUILLET

Professeur certifiéSciences PhysiquesCollège Marcelle Pardé

Directeur de mémoire :M. Michel MOREAU

Année 2004 N° 0263305B

Le Rôle De La DémarcheScientifique DansL’Apprentissage

Ou Comment Favoriser L’Apprentissage pourChacun Par La Méthode Expérimentale.

Sommaire

1) Introduction : le choix du sujet. …………………. page 1

2) Les apports attendus de l’introduction de la démarche

scientifique. …………………………………………… page 3

3) La mise en place de cette démarche dans le cours de

sciences physiques. ……………………………… page 5

4) Bilan de la démarche :

A. Le ressenti des élèves ……………….. page 14

B. Ce que j’ai constaté. …………………….. page 17

i. Les apports positifs,

ii. Les difficultés et les écueils.

5) Conclusion. ………………………………………… page 25

Remerciements ……………………………………… page 26

Bibliographie ………………………………………… page 27

Annexes

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1) Introduction : pourquoi ce choix de sujet ?

Actuellement, et depuis quelques temps déjà, les méthodes« traditionnelles » d’apprentissage sont remises en cause : moins de « parc œur », moins de cours dits magistraux ou encore frontaux ; en ce début demillénaire Rabelais se rappelle à nous, « mieux vaut une tête bien faite qu’unetête bien pleine. »

C’est donc une méthode d’apprentissage supposée plus profitable à l’élèveque l’Education Nationale souhaite diffuser, un apprentissage qui permettrait àl’individu de mieux comprendre, de mieux apprendre…

Cette nouvelle volonté d’enseignement devait donc se trouver denouveaux outils, de nouveaux moyens, permettant d’aboutir aux objectifs fixés.Elle les a trouvés dans les sciences : la démarche expérimentale, la démarchescientifique d’investigation comme méthode pédagogique innovante, déjà miseen place en école primaire, et de plus en plus en sciences physiques au niveau ducollège.

L’élève, placé au c œur du système éducatif, va également être placé auc œur de son apprentissage, pour en devenir un acteur à part entière.Susciter le questionnement, introduire autant que possible l’expérience dans lecours, privilégier la démarche scientifique pour permettre aux élèves deconstruire leur propre raisonnement logique, qui, d’une question posée, lesconduira jusqu’à la réponse : il s’agit bien d’un changement important deméthode pédagogique.

Ce changement a d’abord pris la forme d’un plan d’expérimentation appelé« la main à la pâte » et qui a conduit aujourd’hui à un enseignement renouvelé etrepensé des sciences en écoles maternelle et élémentaire.

Cette volonté d’amener l’élève à construire lui-même en partie son cours,de le rendre davantage acteur qu’il ne l’était auparavant se traduit égalementdésormais dans les programmes du collège et notamment en sciences physiqueset chimiques :

« au travers de la démarche expérimentale, il [l’enseignement de physique-chimie] doit former les esprits à la rigueur, à la méthode scientifique, à lacritique et à l’honnêteté intellectuelle. Avec des sujets et des expériencesattractifs, il doit susciter la curiosité. »

« l’enseignement de physique-chimie doit permettre d’aider les élèves àacquérir une certaine autonomie qui s’articule autour de deux axes : lacréativité et la responsabilité. »

(programmes de physique-chimie de 1997, actuellement en vigueur).

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C’est pourquoi, ayant choisi d’enseigner les sciences physiques, sciencesexpérimentales par essence, et étant nommé cette année en collège, où ladémarche expérimentale peut aisément être mise en œuvre, j’ai été dès larentrée de septembre amené à réfléchir sur la façon de bâtir mes cours seloncette « philosophie », en intégrant autant que possible une démarched’investigation.

Etant moi-même au départ assez convaincu du bien-fondé d’une tellepratique des sciences, j’avais dans l’idée de traiter de cette manière lemaximum de séquences s’y prêtant. Avec les conseils de ma conseillèrepédagogique et les informations données lors des journées de formation, j’aiainsi essayé d’intégrer au mieux cette méthode.

Il m’a semblé intéressant d’en évaluer par la suite les effets surl’apprentissage de ma matière. J’ai donc profité de la rédaction d’un mémoirepour approfondir, peut-être plus que je ne l’aurais fait sinon, les retombéesd’une telle pratique des sciences par rapport à un traitement plus classique.

Mon mémoire professionnel a donc été construit autour de ce thème etporte sur l’introduction dans le cours de sciences physiques de la démarcheexpérimentale et sur son utilisation en tant qu’outil facilitant l’apprentissagepour les élèves.

§ Situation d’enseignement.

Il est important de préciser le cadre dans lequel se déroule mon annéede stage, notamment du point de vue du niveau et des effectifs, car la réussitede la mise en œuvre d’une pédagogie d’investigation repose sans doute pourbeaucoup sur les conditions d’enseignement.

Je suis donc professeur stagiaire de sciences-physiques au collègeMarcelle Pardé de Dijon où j’ai en responsabilité trois groupes : deux dequatrièmes et un de cinquièmes.

Le groupe de cinquièmes, d’un bon niveau général compte 16 élèves, dont3 ont cependant de réelles difficultés. Tous sont actifs, intéressés et curieuxd’une matière qu’ils découvrent. Par ailleurs aucun ne pose de problème d’unpoint de vue comportemental et l’ambiance est toujours très bonne et plutôtcalme, ce qui m’a d’autant facilité la gestion des moments de mise en activitéautonome.

Les groupes de quatrièmes comptent 15 et 17 élèves : l’un est d’un assezbon niveau, relativement homogène, l’autre se montre faible, mais avec une têtede classe de 4 élèves d’un bon, voir très bon niveau. L’ambiance générale de cesgroupes est bonne même si quelques élèves se montrent régulièrement agités.

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2) Les apports attendus de l’introduction de ladémarche expérimentale scientifique.

§ Pourquoi le besoin d’une nouvelle méthode pédagogique ?

D’abord la réforme Haby sur le collège unique, puis plus tard la volontéambitieuse d’amener 80% d’une classe d’âge au baccalauréat ont conduitaujourd’hui à une hétérogénéité grandissante des classes. Hétérogénéité desniveaux, mais aussi des comportements et des ambitions. Si celle-ci n’est pas–encore ?- remise en cause, elle induit cependant une situation nouvelle : face àde telles différences entre les élèves, le cours traditionnel ne peut rassembler,prendre en compte son public dans sa totalité et laisse inévitablement de côtétous ceux qu’il ne touche pas.

J’imagine que la qualité d’un enseignant, outre de proposer un cours lui-même de qualité, passe aussi par sa capacité à rallier tous ses élèves à ce cours.Mais devant une somme de personnes qui diffèrent les unes des autres, et pourcertaines en rupture totale avec le système traditionnel, cela semble unemission bien difficile à tenir…

Un autre phénomène est apparu et qui nécessite de repenserl’enseignement des sciences : le rejet de plus en plus flagrant des disciplinesscientifiques qui se traduit par la désaffection des filières scientifiques aprèsle lycée (et même après la troisième ?).

§ La proposition : la démarche d’investigation.

Pour pallier cette difficulté d’enseigner à un public hétérogène ainsi quece rejet des sciences nouvellement apparu, l’introduction de la démarched’investigation et de l’expérimentation dans l’enseignement scientifique a étéproposée.

« Malgré l’hétérogénéité des publics et des classes, la curiosité, le goûtde manipuler sont parmi les qualités les mieux partagées. La pratique dessciences offre un moyen de combattre le rejet de l’école. Elle est source deplus d’égalité et d’une meilleure insertion dans l’école et le monde ».

(La Main à la pâte, présenté par G. Charpak)

Ainsi depuis le plan d’expérimentation portant sur l’enseignementscientifique, connu généralement sous le nom de « la main à la pâte » et lancépar l’Education Nationale à la rentrée scolaire 1996, on tend de plus en plusvers l’introduction dans les programmes de la démarche scientifique, et del’expérimentation notamment.

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« L’investigation signifie un changement profond de méthodepédagogique, une rupture avec une pratique encore trop fréquente, celle del’enseignement dit « frontal » : le cours magistral où le professeur expose unevérité structurée et indiscutable. Il est désormais reconnu préférabled’impliquer les élèves dans le travail mené en classe et de les associer à laconstruction du savoir. »

J.-P. Sarmant.

§ L’origine de ce renouveau.

A l’origine de cette réflexion initiée par une quinzaine de scientifiques etpédagogues sur l’amélioration de la formation des élèves par l’enseignementscientifique, une visite dans des écoles primaires de Chicago, aux Etats-Unis,où des jeunes issus de milieux dits défavorisés suivaient un enseignementdifférent de l’enseignement classique, un enseignement basé surl’expérimentation et leur permettant de s’investir différemment dans leurapprentissage, le programme « Hands On ». Davantage impliqués dansl’enseignement qui leur est dispensé, moins récepteurs et plus créateurs de leursavoir qu’auparavant, tous à égalité devant l’expérience, ces jeunes se sont peuà peu réappropriés l’école et tous ont retrouvé l’envie de progresser.

Aujourd’hui le programme « Inquiry » (investigation) est mis en œuvredans de nombreux états du pays. C’est cette évidente réussite qui a incitél’Education Nationale à poursuivre sur la voie du renouveau des sciences et dese tourner de plus en plus vers cette méthode innovante d’enseignement.

§ Les objectifs.

Les apports attendus de cette nouvelle méthode pédagogique sont doncnotamment :

- une meilleure adhésion des élèves aux cours proposés,- un intérêt suscité par ceux-ci plus grand,- une assimilation facilitée des connaissances,- et plus généralement une rupture avec la tendance actuelle qui

consiste en un rejet des sciences, manifesté notamment entroisième lors des choix d’orientation.

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3) La mise en place de la démarche d’investigation.

La démarche scientifique d’investigation s’insère facilement dans uncours de sciences physiques, matière expérimentale par nature et se prêtantbien par conséquent à une telle forme d’enseignement.

Le programme de Cinquième notamment, de par son contenu, permetl’introduction d’une telle démarche. C’est ainsi avec mes élèves de cinquième quej’ai mis en œuvre pour la première fois ce type de progression, en abordant lechapitre concernant les changements d’états. C’est le début de cette partie decours que je vais présenter, traitant de la solidification et la fusion de l’eaupure sous pression atmosphérique.

En quatrième, j’ai débuté par la partie du programme portant sur lalumière, mais c’est avec la partie sur le courant électrique que j’ai le plus mis enœuvre un cours à caractère expérimental, notamment pour parvenir à montrerla conservation de l’intensité du courant électrique dans un circuit en série.

§ Une notion à clarifier : la notion même de démarchescientifique.

Je définirais la démarche scientifique comme une progressionpermettant de parvenir à l’acquisition d’une connaissance nouvelle, née le plussouvent d’observations ou d’un questionnement, et expérimentalementéprouvée.

Je ne crois pas les élèves de collège, et notamment les plus jeunes,capables de conduire seuls et spontanément un tel raisonnement. Aussi m’a-t’ilsemblé utile avant de démarrer les séquences d’aborder avec eux la notion dedémarche scientifique, afin que chacun ait bien conscience du processusintellectuel qu’il allait mettre en œuvre.

Je crois en effet qu’au-delà de l’expérience (dont la finalité n’estd’ailleurs pas entièrement saisie, on le verra), il est essentiel que les élèves sereprésentent bien le processus logique qui conduit d’un questionnement initial àune réponse via l’expérimentation.

Celui-ci doit ainsi apparaître comme un outil d’apprentissage, facilitantune construction structurée du savoir, et qui peut être appliqué dans denombreuses matières s’y prêtant, bien au-delà des sciences physiques etchimiques. Il est pour cela nécessaire qu’il soit compris des élèves et assimilé.Or cette démarche peut parfaitement être suivie, à la demande du professeur,mais perçue comme une succession d’étapes sans lien, dont l’intérêt n’est pas

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réellement saisi, ce qui annule le bénéfice d’une progression structurée et nuità un éventuel réinvestissement ultérieur.

« La juxtaposition de telles activités [décomposition en activitésélémentaires] risque fort d’éloigner l’élève d’une véritable démarchescientifique. » J.-P. Astolfi

Je me suis donc attaché à bien faire comprendre aux élèves lecheminement qu’ils allaient emprunter pour qu’ils puissent se l’approprier et parla suite le réutiliser, dans mon cours mais dans aussi dans d’autres situationsd’apprentissage. Pour cela nous avons décrit et discuté en détail la premièredémarche expérimentale traitée en totalité, en insistant tout au long desdifférentes étapes sur les buts de chacune et les liens qui existent entre elles.

­ 5ème. J’imaginais que les élèves de cinquième arrivaient avecencore peu d’idées claires concernant la démarche scientifique, bien que l’ayantpeut-être pratiquée à l’école primaire ; je leur ai donc demandé, avant dediscuter de cette notion, de me dire par écrit ce que cela évoquait pour eux :« Qu’est-ce que pour vous la démarche scientifique ? »

Les réponses n’ont dans l’ensemble pu apporter d’explications claires etcorrectes, mais toutes faisaient allusion à l’expérience et beaucoup à une sortede protocole expérimental lui étant lié. En voici quelques-unes unes,représentatives :

En résumé pour l’ensemble de ces élèves, suivre une démarchescientifique, c’est faire des sciences, c’est-à-dire manipuler, faire desexpériences, en respectant un certain plan, mais sans que celles-ci aient besoind’une quelconque motivation ou même d’un quelconque résultat : l’expérienceexiste pour eux en tant que telle et ne s’intègre nullement dans une démarcheplus vaste.

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­ 4ème. La démarche expérimentale était globalement connue parmes élèves de quatrième, qui l’avaient déjà pratiquée l’année précédente : unrapide recadrage a permis de clarifier le processus d’investigation et d’endétacher clairement chacun des maillons.

Je pense qu’il est donc nécessaire d’expliciter le rôle et l’importance dechacune des étapes qui composent la démarche scientifique d’investigation aupréalable de son application par les élèves, en vue de son réinvestissement. Undes objectifs d’une telle démarche est en effet de fournir un supportstructuré de raisonnement, afin de faciliter la construction mais aussil’assimilation des connaissances.

§ De l’interrogation à l’expérience : susciter lequestionnement et l’émission d’hypothèses.

La première étape consiste donc à montrer aux élèves que cetteexpérience est motivée, qu’elle s’insère dans une chaîne d’étapes, dont elle estun maillon, et qui partant d’un questionnement conduit à une réponse, à uneexplication. Notamment la nécessité de l’expérience naît d’une interrogation quine peut trouver de réponse certaine avec nos seuls acquis où notre seulelogique, elle naît du besoin de valider une hypothèse.

La démarche expérimentale débute donc par une phase dequestionnement qui conduit à l’émission d’hypothèses.

­ 5ème. Pour introduire ma séquence sur la solidification de l’eaupure, j’ai donc choisi de confronter les élèves à une situation-problème : undessin d’un bonhomme prenant la température de l’eau contenue dans un bécheret accompagné d’une affirmation « on refroidit de l’eau pure » (cf. annexe 1).Je leur ai alors demandé de noter au brouillon toutes les questions que cedessin pouvait leur évoquer et de tenter d’y apporter des réponses.

Cette situation était sans doute trop vague, imprécise, et mon ambitiontrop grande : les questions suscitées ont rarement été celles attendues,notamment « Comment la température de l’eau varie t’elle ? ». Les élèves sesont plutôt demandés quelle était la température de l’eau, ou bien pourquoi est-ce que la température baissait…

Mais en confrontant les idées de quelques-uns « Est-ce que l’eau vageler ? » « Est-ce que la température de l’eau baisse ? » (cf. annexe 2) et avecquelques orientations de ma part, nous avons cependant pu dégager ensemble laquestion attendue, qui allait servir de support à notre démarche.

Suite à l’accord commun de traiter cette problématique, j’ai demandé auxélèves d’y apporter oralement, à l’aide de leurs propres connaissances et de

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leur vécu, une réponse. Il est surprenant de constater à quel point ce type deméthode est encore peu ancré dans notre enseignement qui a longtemps refuséle droit à l’erreur : cela se traduit en effet par la surprise et l’hésitation desélèves durant un instant à formuler des hypothèses quand on précise que nousattendons d’eux qu’ils nous livrent ce qu’ils pensent être la vérité. D’ailleursbeaucoup de ceux qui avaient formulé des questions par écrit n’ont pas proposéles réponses associées –peut-être parce qu’ils ne possédaient pas ces réponses,mais sans aucun doute aussi par peur d’inscrire une réponse incertaine-.

Après que quelques-uns se soient exprimés, un véritable échange s’estinstauré entre les élèves portant sur les diverses propositions et tous ontfinalement répondu que la température de l’eau allait baisser, sous-entendu defaçon constante même lors du changement d’état.

Il peut paraître inutile de poser une telle question puisque la réponsedonnée ne faisait aucun doute, les élèves de cinquième n’ayant pour la plupartaucune connaissance sur les changements d’états ; mais il m’a paru au contraireintéressant de faire formuler cette hypothèse puisque alors la démarcheexpérimentale va prendre tout son sens en venant l’infirmer.

Leur expliquant que les réponses fournies par chacun étaient deshypothèses qu’il faudrait maintenant vérifier par l’expérience, j’ai distribuéaux élèves une fiche retraçant la démarche, de l’objectif jusqu’à la conclusion,et qu’ils auraient à compléter au fur et à mesure de leur progression dans leurinvestigation (voir annexe 3), à l’instar d’un compte-rendu d’expérience.

­ 4ème. Dans le cadre du paragraphe « Que peut-on dire del’intensité du courant électrique dans un circuit en série ? » et après avoir prisconnaissance lors de la séance précédente des représentations initiales (voirannexe 5) qu’ils avaient sur le courant électrique, j’ai présenté aux élèves leschéma suivant, accompagné d’une question :

+ -

Ce choix parce que je m’étais aperçu que beaucoup avaient l’idée d’uneusure du courant en aval d’un dipôle, et que lorsque le circuit comprenait deuxlampes, certains s’imaginaient le courant partant des deux bornes de la pilepour aller en sens antagonistes jusqu’à ces lampes.

« Comment se répartit l’intensité ducourant électrique dans ce circuit ? » ou« Que peut-on dire de l’intensité ducourant en différents points de cecircuit ? »

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Deux hypothèses ont rapidement été proposées : « l’intensité est lamême partout » et « l’intensité diminue après les lampes ». Deux groupes sesont alors spontanément formés pour défendre leur hypothèse, mais seul legroupe pensant à une diminution de l’intensité a pu fournir un argument : « lecourant passe dans la lampe : il s’use et est donc moins fort après ce passagedans la lampe ».

Il est intéressant de remarquer que cette phase est réellement unephase où les élèves mobilisent leurs connaissances et font appel à unraisonnement logique puisque face à cet argument convaincant beaucoup deceux qui avaient choisi le « camp » de l’unicité de l’intensité sans vraiment yréfléchir se sont ralliés à l’autre groupe…

Le choix peut être fait d’aborder par écrit cette propositiond’hypothèses. Le passage par l’écrit a l’avantage d’impliquer tous les élèvesindividuellement et par conséquent de faire émerger davantage dereprésentations initiales, dont certaines ne seraient sans doute pas évoquéesoralement. Cependant avec mes groupes de quatrième, qui font preuve d’un bondynamisme, le traitement oral de cette étape me permet de réduire le tempsqui lui est consacré tout en impliquant également l’ensemble de la classe. Lagestion en est toutefois bien sûr plus délicate. Bien que je traite le plussouvent cette partie oralement, les hypothèses de chacun sont tout de mêmeinscrites sur les cahiers, afin que la structure de la démarche d’investigationsoit toujours bien apparente.

L’étape de questionnement et d’hypothèse est donc fondamentale car ellesuscite l’intérêt et encourage la confrontation des savoirs de chacun : elle doitpour cela être suffisamment longue et ouverte, parfois recentrée…

Le choix de la situation de départ est également essentiel : de cettesituation dépendent la réactivité des élèves et, on le verra plus tard, la remiseen cause des connaissances initiales.

§ L’expérimentation, étape motivante et « égalisante ».

L’expérience est l’étape essentielle où les élèves confrontent leurshypothèses à la réalité physique : c’est à ce moment qu’ils sont réellementactifs et que peuvent être remis en question leurs savoirs initiaux.

­ 5ème. L’étape précédant immédiatement la phase expérimentaleconsiste à élaborer des protocoles expérimentaux, ce que chacun a fait aubrouillon avant qu’un seul ne soit retenu pour l’ensemble du groupe et inscrit surla fiche distribuée. Cette formulation écrite pose quelques problèmes auxélèves qui ont souvent beaucoup de difficultés à exprimer, d’abord oralementleur pensée, et surtout à la retranscrire ensuite par écrit de façon claire.

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Là encore le choix peut-être fait d’un traitement oral, mais la production écriteme semble importante, d’autant plus que les protocoles nécessitent le plussouvent une schématisation.

Tous les outils étaient finalement mis en place pour pouvoir réaliserl’expérience la séance suivante.

Au début de cette nouvelle séance la trame de la démarcheexpérimentale est rappelée point par point par les élèves avant que ceux-ci nemanipulent.

Je craignais alors un manque d’intérêt puisque pour tous le sujet étaitfinalement sans surprise, les hypothèses formulées étant à leurs yeuxévidemment valides et ne pouvant être remises en cause. Un premier pointpositif de la démarche d’investigation est que l’expérience, aussi simple etentendue soit-elle, apparaît très motivante : bien que convaincus que l’eau setransformerait en glace et que la température baisserait constamment, tousles élèves étaient curieux et attentifs. Ceci est en tout cas valable pour desélèves de cinquième, et d’une façon un peu moins marquée pour les quatrièmes.

La manipulation est simple et consiste à préparer un mélange réfrigérant,dans lequel va plonger un tube à essais contenant de l’eau pure dont on suivral’évolution de la température à l’aide d’une sonde thermométrique. Mais à cestade, tous les élèves s’investissent dans l’expérience : chacun a un rôle(relever la température ou le temps) et a à c œur d’accomplir correctement satâche.

Il est intéressant de noter qu’alors l’erreur est dédramatisée, lesrelations au sein du groupe étant modifiées puisqu’il ne s’agit plus du rapportgroupe-classe/professeur mais de rapports élèves/élèves. Et l’impact d’une« erreur de manipulation », c’est-à-dire d’ordre manuel, est moindre, ou en toutcas ressenti différemment, de façon moins dévalorisante, que dans le cas d’uneerreur portant sur les connaissances ou le raisonnement. Ainsi tous sontpareillement capables de relever la température ou le temps : face àl‘expérience les disparités habituelles sont en partie gommées et tous sont àégalité, tous sont actifs. Par conséquent chacun se permet de surveiller et decorriger le travail de l’autre : le cours se construit aussi autour des échangesentre les élèves.

De ce fait, là où une phrase de cours dictée aurait retenu seulementl’attention de quelques-uns, l’expérience rassemble et mobilise l’ensemble de laclasse. Et là où l’expérience seule aurait été une phase mobilisatrice mais sansplus d’intérêt, l’expérience précédée du questionnement individuel permetdavantage le débat et surtout l’investissement de chacun autour d’un but :vérifier la validité de sa propre hypothèse.

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Je me suis ainsi aperçu durant cette manipulation que si mes élèvestravaillaient bien dans ce but de valider leur hypothèse, tous ne concevaientpas cependant de devoir la remettre en cause si l’expérience ne se révélait pasen accord. Ainsi l’un d’eux pensant que la température devait constammentdiminuer et observant le palier de température s’apprêtait à arrêter sonexpérience. Lui ayant demandé ce qu’il allait faire, il m’a répondu qu’il « allaitjeter le mélange réfrigérant et en faire un autre », parce que celui-ci « nemarchait plus, la température de l’eau restant à 0°C. » Ceci m’a donc permis derevenir sur le rôle de l’expérience, et je suis intervenu auprès de la classe pourpréciser que tous devaient continuer, même si l’expérience invalidaitl’hypothèse…

­ 4ème. L’élaboration de protocoles expérimentaux a été rapidementachevée, le fonctionnement de l’ampèremètre et la mesure d’une intensitéayant été vus précédemment, même si là encore la rédaction reste parfoislaborieuse.

La seule variante dans les protocoles a été d’utiliser un seul ampèremètreà déplacer dans le circuit ou bien d’en utiliser trois, mesurant l’intensité ducourant avant, entre et après les lampes.

Un élève a toutefois suggéré d’observer l’éclat des deux lampes(identiques) plutôt que d’utiliser le multimètre. Plutôt que d’imposer unprotocole commun choisi par le professeur, la démarche d’investigation faitdonc de la classe une force de proposition ce qui permet d’élargir bien souventle champ du cours. Dans ce cas précis, cette intervention m’a permis dediscuter avec l’ensemble du groupe de la validité d’une telle proposition dans lecas où les lampes sont identiques, dans le cas où elles ne le sont pas, du lienentre l’intensité du courant traversant une lampe et son éclat, etc.

Après l’élaboration des protocoles expérimentaux, la motivation liée à lavérification expérimentale de l’hypothèse se manifeste par la volonté desélèves de se lancer rapidement dans les mesures. Il convient même alors detempérer cette activité, en imposant une rigueur dans la réalisation desmontages et l’utilisation des appareils de mesure. Après que son montage aitété vérifié, chaque groupe peut réaliser les mesures. Les élèves réinvestissentalors les savoir-faire acquis précédemment : branchements, choix de calibres,lecture de l’intensité.

L’expérience est encore ici motivante parce qu’elle va permettre à chacunde mettre en évidence la validité de sa propre hypothèse… ce qui dans ce casprécis n’est pas le cas pour la majorité !

L’étape d’expérimentation est l’étape centrale de la démarched’investigation : elle permet aux élèves d’éprouver leurs hypothèses et donc de

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valider la connaissance à acquérir. Elle est à l’origine de leur motivation et deleur implication dans la phase initiale de proposition d’hypothèses ; elle est dansle même temps elle-même motivée par l’enjeu de la validation d’une hypothèsepersonnelle.

L’étape d’élaboration des protocoles est elle aussi une étape importantede mise en activité de l’élève qui mobilise et réinvestit les savoir-faireprécédemment mis en place.

§ L’interprétation et la validation de l’hypothèse commeconclusion au questionnement initial.

A la suite de l’expérience, durant laquelle chacun a noté ses observations,vient la mise en commun et la discussion de ce que chacun a pu observer. Cettephase est l’ultime étape de la démarche, celle ou suite au cheminementexpérimental l’élève parvient à la validation (ou non) de sa propre hypothèse etdonc à l’acquisition d’une connaissance nouvelle.

La formulation d’une conclusion par la classe ne pose en général pas deproblème lorsque l’expérience livre un résultat clair, qui ne nécessite pasréellement d’interprétation. En revanche cela devient plus délicat lorsque cerésultat doit être exploité pour que la réponse formulée soit complète etconstitue une réponse adaptée à la question de départ.

Il est également nécessaire d’intervenir pour guider le choix des termes.J’ai en effet remarqué que beaucoup d’élèves ont des difficultés à exprimer defaçon claire et précise leurs idées, et que la mise par écrit s’avère elle aussidélicate. C’est pourquoi même, si je laisse un temps de formulation libre,j’oriente toujours finalement les propositions et retiens les termes choisis.

­ 5ème. La phase d’interprétation pour les cinquièmes est guidée parquelques questions inscrites sur la fiche (cf. annexe3) attirant leur attentionsur quelques points particuliers, comme par exemple le temps durant lequelcoexistent eau liquide et eau solide.

A l’issue de l’expérience j’ai organisé une discussion autour de cesobservations, où celles-ci, couplées aux acquis des cours précédents(propriétés des différents états, définitions des changements d’états…), ontpermis de parvenir à la conclusion souhaitée. Ainsi la réponse spontanéeapportée par les élèves, « la température ne baisse pas tout le temps », estévidemment insuffisamment précise. Après le dialogue engagé s’appuyant surles observations, les élèves ont pu la préciser : « la température resteconstante pendant toute la durée du changement d’état d’un corps pur, c’est-à-dire tant que coexistent les deux formes .»

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Lors de l’étude de l’ébullition de l’eau qui a suivi, j’ai à nouveau mis enœuvre une telle démarche expérimentale, mais en laissant beaucoup plus deliberté aux élèves : ceux-ci n’étant plus guidés par une fiche détaillée àcompléter mais disposant seulement d’une fiche-méthode sur la rédaction d’uncompte-rendu leur rappelant les étapes du processus (cf. annexe 4).

Je me suis alors rendu compte que les élèves de cinquième ont besoind’une base minimum pour mener à bien leur investigation, car ils manquent dediscernement, c’est-à-dire qu’ils ne perçoivent pas bien ce qui peutefficacement contribuer à leur recherche. Les observations, notamment sielles ne sont pas guidées par des questions, rassemblent des remarquesessentielles comme d’autres inutiles car tout est noté : « au début il y a despetites bulles en bas. A la 4ème minute. Puis les bulles montent. 5ème minute.D’autres plus grosses se forment. Puis les bulles viennent de partout. Encoreplus grosses. Il y des énormes bulles à la 6ème minute… »

Si les hypothèses et les protocoles peuvent être librement proposés parles élèves de cinquième, il me paraît donc le plus souvent utile d’orienter lesobservations et de proposer des questions permettant l’interprétation desphénomènes observés (sur fiche distribuée aux élèves par exemple).

­ 4ème. A l’issue des séries de mesures effectuées, l’interprétationdes résultats est ici immédiate : l’unicité du courant dans un circuit en sérieapparaît évidente. A la question « que peut-on dire de l’intensité du courantélectrique dans un circuit en série ? », tous les élèves répondent donc qu’elleest identique en tous points avec autant de ferveur qu’ils déclaraient au débutqu’elle était différente partout. Cela traduit je crois leur satisfaction et leurfierté d’être parvenu eux-mêmes à remettre en cause quelque chose qui leuravait paru de prime abord évident et qui s’est avéré faux.

Quelques-uns contestent toutefois –sans grande conviction et plus, jepense, pour ne pas accepter si vite cette remise en question- cette unicité del’intensité en s’appuyant sur les quelques dixièmes de milliampères d’écart entreles valeurs mesurées. Cela m’a permis d’évoquer avec l’ensemble de la classe lesproblèmes d’incertitudes liés aux appareils de mesure.

La phase d’interprétation, même si elle doit parfois être guidée, permetaux élèves de tirer eux-mêmes les enseignements de l’expérience effectuée etde formuler la phrase qui traduira la connaissance à retenir.

C’est une étape importante car elle apprend aux élèves à faire desraisonnements logiques pour tirer des conclusions ; elle a également un rôledans l’apprentissage de la formulation des phrases puisqu’elle nécessited’utiliser correctement des structures comportant notamment desconjonctions de coordination.

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4) Le bilan de la démarche.

a. Le ressenti des élèves.

L’élève est logiquement placé au centre du système éducatif et doit êtreégalement placé au c œur de l’enseignement. L’application de cette démarched’investigation permet encore de renforcer cette place centrale puisque lecours est alors élaboré pour, mais aussi dans une certaine mesure, avec et parles élèves. Evidemment ceci n’est valable que si ceux-ci adhèrent à la méthodeet surtout s’ils en perçoivent eux-mêmes des bénéfices relatifs à leurapprentissage…

Pour connaître la perception qu’avaient mes élèves de cette forme decours qui leur était présentée, pour savoir si cela leur apportait quelque chosede positif, je leur ai proposé le questionnaire suivant :

N.B. : je voudrais insister sur le fait que même si ce questionnaire semble orienté de façontrès positive en faveur de la démarche mise en place, les élèves ont été bien informés qu’il nes’agissait que d’avoir leur opinion, sincère, et qu’ils n’étaient en aucun cas obligés d’approuvercette forme de cours et donc de cocher les propositions faites.

­ Le cours construit selon une démarche scientifique permetd’être plus actif en cours.

Oui 47%Non 53%

Un peu moins de la moitié des élèves pense que cette formed’enseignement permet d’être plus actif en cours. Ce résultat peut paraîtresurprenant car les élèves sont dans cette conception expérimentale du coursdavantage acteurs, la connaissance n’étant plus assénée mais construite.

Questionnaire (nom (facultatif) :…………………………………………………………. )

Répondez aux questions suivantes en toute sincérité… !

Pensez-vous que par rapport à un cours plus« traditionnel », un cours construit selon la démarchescientifique :

¨ facilite l’apprentissage des leçons

¨ permet de mieux se souvenir des notionsabordées

¨ permet de mieux comprendre les notionsabordées

¨ permet d’être plus actif dans le cours

¨ autre :

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En fait sans doute n’ont-ils pas interprété le terme « actif » comme jel’entendais, c’est-à-dire au sens de « participant », mais plutôt commesynonyme d’expérience ou de manipulation. De ce point de vue, il ne se réfèreplus alors à la phase précédant l’expérience, phase de questionnement etd’émission d’hypothèses, mais uniquement à la phase expérimentale. Or ladifférence entre un cours de sciences plus « traditionnel », mais intégranttout de même une part importante d’expérimentation, et un cours bâti selonune démarche d’investigation repose sur cette phase d’élaboration duraisonnement qui précède l’expérimental.

S’ils sont donc amenés à davantage réfléchir, les élèves n’ont toutefoispas la sensation d’être concrètement plus actifs.

­ Le cours construit selon une démarche scientifique facilitel’apprentissage ultérieur des leçons.

Oui 53%Non 47%

Un peu plus de la moitié des élèves ressent une plus grande facilité àapprendre un cours ainsi élaboré. La raison la plus généralement invoquée est la« découpe » du cours : structuré, élaboré selon un processus d’investigation, ilapparaît sur le cahier comme le compte-rendu du cheminement intellectuel etnaturel effectué en classe. La leçon présente de ce fait une trame sans douteplus accessible, permettant à l’élève de mieux associer les différentes phasesd’activité à la question initiale et à la conclusion à retenir (voir annexe 7).

­ Le cours construit selon une démarche scientifique permetune meilleure compréhension des notions abordées.

Oui 65%Non 35%

Pour la même raison que celle évoquée ci-dessus, le meilleur« découpage » du raisonnement, et également parce qu’ils se disent davantageamenés à réfléchir, 65% des élèves trouvent facilitée la compréhension desnotions abordées ainsi présentées. La démarche scientifique proposée par leprofesseur les implique dans le processus de construction de leur savoir, en lesobligeant de ce fait à s’investir davantage dans la notion étudiée :l’appropriation en est d’autant facilitée.

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Il est intéressant de noter que, parmi les questionnaires non anonymes,la plus grande part des élèves n’ayant pas coché cette case est d’un bon niveauet ne présente pas de réels problèmes de compréhension, même dans le cadred’un cours plus « conventionnel » : pour la majorité des élèves qui ont plus dedifficultés, la démarche scientifique d’investigation permet donc de rendre plusaccessibles les notions étudiées, parce que leur permettant de faire leraisonnement logique qui conduit à la connaissance nouvelle à acquérir,raisonnement qu’ils ne pourraient sans doute faire seuls face à la notion« frontalement » présentée.

La phase d’émission d’hypothèses est ainsi une phase essentielle à cettecompréhension. La situation-problème est posée et rapidement quelqueshypothèses émises : il y a alors un temps, qu’on pourrait qualifierd’imprégnation, durant lequel les élèves moins habiles à raisonner et qui n’ontpas été interpellés par la question se trouvent plus sollicités par les hypothèsessimplement formulées et débattues par leurs camarades. Finalement ilsparticipent activement à l’expérimentation qui suit quand une mise en activitéplus directe et rapide les aurait déroutés ou découragés et ne se contententplus d’attendre la phrase dictée par le professeur.

­ Le cours construit selon une démarche scientifique permetune meilleure mémorisation des notions abordées.

Oui 65%Non 35%

Pour les élèves la plus grande facilité à se souvenir du cours est le plusimportant bénéfice de la démarche expérimentale. L’explication qu’ils apportentest la même que précédemment : le découpage du cours, l’investigation, menéepersonnellement jusqu’au savoir. Les élèves s’approprient la construction deleurs connaissances et il est donc beaucoup plus aisé de se les remémorer par lasuite.

En effet, ceux-ci disent avoir déjà réfléchi en cours et éprouvé leurshypothèses, ce qui leur permet de se souvenir facilement des notions vues.Finalement, s’ils se souviennent davantage, c’est sans aucun doute qu’ils se sontdavantage investis dans le cours (et qu’ils ont à ce moment là compris la plupartdes notions traitées). La trame hypothèse / protocole / mesures, observations/conclusion est également toujours conservée et écrite, ce qui structuredavantage le cours et facilite sa mémorisation. Nous verrons plus tard quecette meilleure imprégnation du cours peut constituer d’une certaine manièreun effet « pervers » de la méthode pour les élèves.

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­ Pour achever ce paragraphe sur le ressenti des élèves, voiciquelques remarques faites sous la rubrique « autres » et qui font une bonnesynthèse je crois du sentiment de la classe face à cette démarche scientifiquemise en œuvre :

b. Ce que j’ai constaté.

L’aboutissement de mon mémoire est l’évaluation des apports del’introduction dans un cours de sciences physiques de collège d’une démarchescientifique d’investigation. J’ai donc tenté de cerner les avantages qu’apporteune telle méthode par rapport à une méthode pédagogique plus« traditionnelle ».

Mais il me faut préciser que je n’ai pas effectué de comparaison exacteentre ces différentes approches d’enseignement, pour deux raisons :

- d’abord pour pouvoir établir une comparaison juste, il aurait falluappliquer les deux méthodes successivement aux mêmes élèves et sur un mêmesujet. Or on ne peut évidemment percevoir les apports particuliers d’uneméthode si le sujet traité l’a préalablement été d’une autre façon, lacompétence nouvelle à acquérir étant alors acquise ou en voie de l’être.

- il aurait cependant été possible de pratiquer, sur un sujet donné,d’une façon avec un groupe et d’une autre avec l’autre. Mais d’une part il existedes différences entre ces deux groupes et d’autre part je me suis refusé àprocéder différemment avec une partie de mes élèves, certainement convaincuque certains recevraient alors un cours de « moins bonne qualité ».

Par conséquent ma comparaison porte sur l’ensemble de mon cours ets’appuie notamment sur des observations faites sur des parties se prêtantidéalement à une présentation expérimentale et donc ainsi traitées, et surd’autres au contraire traitées de façon plus magistrale.

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§ Les apports positifs.

­ Un enjeu motivant pour une meilleure implication.

Un cours bâti selon une démarche d’investigation a ceci de motivant que laconnaissance n’est pas livrée par le professeur, soit de façon totalementmagistrale, soit à l’issue d’un rapide échange entre quelques-uns mais qu’elle estau contraire construite par l’élève et la classe tout entière avec l’aide duprofesseur.

J’ai pu constater en présentant certaines notions de différentes façonsque, là où face à un cours magistral beaucoup se contentent d’attendre l’exposéde la réponse, l’utilisation d’une situation-problème suivie d’une démarchescientifique motive en effet les élèves par l’idée valorisante qu’ils sont capablesd’accéder eux-mêmes au savoir.

Que ce soit en cinquième ou en quatrième, tous participent de ce faitactivement et avec enthousiasme à l’émission d’hypothèses, dans le butd’apporter la réponse qui s’avèrera être la bonne et qui sera retenue parl’ensemble de la classe.

La phase de vérification expérimentale qui suit s’inscrit toujours dans cemême objectif et l’intérêt et l’implication des élèves demeurent forts.

Finalement l’interprétation des résultats et l’élaboration d’une conclusion,inscrite dans le cahier et qui constitue l’aboutissement du raisonnement,apparaissent comme le dénouement de l’investigation menée, et j’ai souventperçu une sorte de fierté de la classe à y être parvenue. Et ce d’autant plusquand l’hypothèse retenue par la majorité au départ s’avère fausse car lesélèves parviennent alors à remettre en cause eux-mêmes une de leur proprereprésentation.

La démarche scientifique expérimentale suscite l’intérêt de chacun par laplace centrale qu’elle lui donne dans la recherche du savoir et le maintient toutau long du raisonnement. L’implication du groupe dans le cours en est amplifiée.

­ Une perception dédramatisée de l’erreur pour une plusgrande égalité entre les élèves.

Cette implication plus grande est valable pour tous ceux déjàhabituellement très actifs et dynamiques et qui adhèrent immédiatement à cetype de cours. Elle l’est également pour ceux qui sont davantage réservés parceque moins à l’aise dans la matière, plus en difficulté.

En effet le débat qui s’articule autour de la situation-problème n’a pourbut que la proposition d’hypothèses, susceptibles d’être fausses et devant être

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vérifiées par l’expérience. L’erreur est donc d’une certaine manière intégréedans le raisonnement scientifique et n’est en aucune façon sanctionnée. Cettedémarche dédramatise l’erreur, introduit un « droit de se tromper » et ildevient plus facile pour les élèves habituellement en retrait d’y prendre part,notamment lorsque la discussion est déjà ouverte par des élèves dits« moteurs ».

Ainsi en procédant selon une démarche expérimentale, je laisse un tempssuffisamment long et libre de « débat » pour l’émission d’hypothèses, en ayantbien précisé (et je le précise à chaque fois) que rien, si ce n’est nos propresconnaissances et représentations, ne nous permet de détenir à ce moment lavérité et que par conséquent l’erreur est possible et normale. Certaines de ceshypothèses sont alors inévitablement remises en cause et chacun argumentepour défendre son idée. A l’issue de ce débat je demande fréquemment àquelques élèves plus timides de donner leur opinion quant aux propositionsfaites, ce qu’ils font alors sans hésiter ayant eu le temps de s’imprégner desnotions déjà débattues et surtout parce que l’erreur est partagée parl’ensemble de la classe.

Comme je l’ai déjà dit précédemment, la phase de manipulation contribueégalement à effacer les inégalités existant au sein de la classe et à impliquerle plus grand nombre puisque mettant en avant des savoir-faire et non plus desconnaissances « théoriques ».

Un cours bâti selon une démarche expérimentale scientifique intègrel’erreur dans la construction des connaissances. Les élèves peuvent doncs’investir dans le cours, sans la peur qui existe souvent chez eux de devoirtoujours, lorsqu’ils interviennent, livrer immédiatement au professeur (et à laclasse…) la bonne réponse.

­ Une plus grande implication et une place « d’acteur » pourune réflexion stimulée.

Liée à l’implication, la réflexion est nettement stimulée par unedémarche d’investigation. Le terme même d’investigation implique d’ailleurs uneréflexion logique, une déduction.

C’est donc à nouveau dès le départ, avec le questionnement et l’émissiond’hypothèses que les élèves sont amenés à proposer des réponses et à fournirdes arguments. L’élaboration des protocoles expérimentaux permet ensuite deréfléchir sur les moyens qui vont permettre d’arriver à éprouver l’hypothèseformulée et de réutiliser des savoir-faire. L’interprétation des résultats et

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des observations qui conduit à la conclusion nécessite encore une fois unraisonnement logique de la part des élèves.

J’ai ainsi pu remarquer que les élèves se sentent réellement investis decette mission qu’est la construction du cours et font de réels efforts pourjustifier leurs affirmations.

Par l’implication plus grande des élèves sur laquelle elle est fondée ladémarche d’investigation encourage la réflexion des élèves

­ Un questionnement initial et une émission libred’hypothèses pour une meilleure remise en cause des représentationsinitiales.

Les représentations initiales des élèves sont des idées reçues communesque ceux-ci ont intégré ou des connaissances construites empiriquement et quisont ancrées en eux. Il s’agit souvent de représentations très répandues,partagées par un grand nombre de personnes. Elles sont pour la plupart trèspersistantes…

Le départ d’une situation-problème permet de faire émerger cesreprésentations initiales des élèves et de ce fait permet au professeurd’orienter l’expérience pour mieux les remettre en question. Une évaluationdiagnostique peut aussi être conduite pour que soit ensuite proposée unesituation de départ ciblant bien les représentations initiales erronées.

Il convient de préciser ce que j’entends par « situation-problème », qui àl’origine désigne une situation présentée aux élèves et devant susciterl’étonnement et donc une interrogation. Je l’ai utilisé pour évoquer pluslargement une situation, qui ne suscite pas obligatoirement une interrogation etqui l’intègre même parfois, mais qui nécessite toujours une certaine réflexionpour son traitement. Par exemple le montage proposé en électricité etaccompagné d’une question (cf. précédemment) : le questionnement estdirectement posé aux élèves qui doivent engager une démarche d’investigationpour y répondre.

Ainsi lors cette étude de l’intensité du courant électrique dans un circuiten série, j’ai débuté par un questionnement sur l’intensité en différents pointsdu circuit, m’étant auparavant aperçu que pour la plupart, le passage d’un dipôle« affaiblissait » le courant dont l’intensité avait par conséquent diminué aprèsle dipôle. J’ai donc laissé chacun vérifier son hypothèse et réaliserl’expérience. C’est lors de la phase d’interprétation des observations faites-qui allaient évidemment à l’encontre des prédictions !- que j’ai pu revenir sur

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ces représentations erronées et insister sur l’unicité du courant dans uncircuit en série.

La non prise en compte de ces représentations au départ ne m’aurait sansdoute pas conduit à insister autant.

Mais ceci présente également un intérêt pour les élèves. Si je leur avaisdemandé directement de vérifier expérimentalement que l’intensité était bienidentique partout, ils l’auraient fait, certes, mais ils auraient sans aucun doutepour beaucoup conservé l’idée que malgré tout le passage d’un dipôle abaissel’intensité. Le fait de travailler avec sa propre idée, fausse, et de parvenir soi-même à un résultat qui vient la contredire a une portée plus forte.

J’ai ainsi pu constater que le vocabulaire notamment, issu du langagecourant et souvent en contradiction avec le vocabulaire scientifique, qui nepeut faire l’objet que d’une présentation magistrale demeure très présentmême après le cours. En cinquième les représentations communes associéesaux mots fumée, brouillard ou encore vapeur sont remises en cause par lecours de sciences physiques. Lorsqu’une discussion porte sur ces mots, ou lorsd’un contrôle par exemple, les élèves savent aisément faire abstraction desdéfinitions habituelles associées pour les remplacer par celles vues en cours.Mais lorsqu’ils sont employés dans un contexte plus libre, ils retrouvent trèsrapidement leur sens commun… !

Les représentations initiales qui ont en revanche pu faire l’objet d’untraitement expérimental, comme la baisse de la température lors d’unchangement d’état, sont beaucoup plus efficacement remises en cause.

Le travail d’expérimentation est conduit par l’élève, qui construit sonraisonnement avec ses propres connaissances : cette méthode remetdavantage en question les acquis des élèves.

§ Le « délicat » : difficultés et écueils.

Délicat car il ne s’agit pas vraiment de points négatifs induits par cetteconception plus scientifique du cours mais plutôt de points nécessitant uneattention ou un investissement particulier du professeur, notamment :

- le temps consommé par une telle méthode d’enseignement,- la gestion en effectif important de la plus grande liberté

nécessairement accordée aux élèves,

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- le soin nécessaire à accorder au choix de la situation-problèmequi doit être précise et bien faire émerger les représentations faussesprésentes chez les élèves.

­ La première difficulté soulevée par l’introduction dans un coursd’une démarche scientifique complète est le temps que cela prendnécessairement. C’est notamment la phase consacrée à faire émergerquestionnement et hypothèses qui s’avère longue à conduire, soit parce que lasituation-problème de départ trop floue ne permet pas de dégagerl’interrogation voulue, soit parce que, au contraire, le débat suscité au sein dela classe nécessite d’être recadré.

La tentation est donc grande de tronquer le processus et d’imposer dèsle départ la question et l’hypothèse à vérifier. Il me semble qu’on perd alorstout le bénéfice sur l’apprentissage ultérieur de la séquence traitée puisqu’onse ramène comme je l’ai dit précédemment à une simple expérience,mobilisatrice mais dans laquelle les élèves ne retrouvent pas de but personnel.

Si cette conception expérimentale du cours implique nécessairementdavantage de débats et de discussions consommateurs de temps qu’un cours« classique », il est toutefois possible, sans y renoncer, de jouer sur la gestionorale ou écrite des phases d’émission d’hypothèses et de protocolesexpérimentaux pour en réduire la durée. Le traitement oral s’avère en effetplus court à mener, mais je ne l’ai pratiqué qu’avec des effectifs réduits, ce quim’a permis de toujours impliquer l’ensemble du groupe. Cela demande égalementd’orienter et de cadrer les discussions, tout en restant neutre afin que lespropositions traduisent bien les pensées réelles des élèves… En plus grandnombre, le traitement écrit est sans doute plus efficace car concernant chacunindividuellement, mais nécessitant plus de temps… Je l’ai également pratiqué,notamment quand les conceptions abordées dans le cours sont délicates et fontfréquemment l’objet de représentations erronées.

Selon les cas, il est donc possible de varier les types de traitements,mais il me semble important que chaque étape de la démarche soit traduite surle cahier par une trace écrite.

­ L’effectif peut également s’avérer être un obstacle à la mise enplace d’une démarche d’investigation. Une telle démarche implique en effet deséchanges entre élèves et entre le groupe classe et le professeur, et il estd’autant moins aisé de gérer ces échanges qu’ils concernent un grand nombre depersonnes.

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La phase expérimentale nécessite également, pour être efficacementcadrée, de travailler en effectif réduit. J’ai procédé là encore de deux façonspour gérer la partie manipulation :

- en laissant une grande autonomie aux élèves durant l’expérience,afin qu’ils mènent personnellement et jusqu’au bout leur propre investigation.Cela suppose de passer tout de même vers chaque groupe individuellement, pourvérifier que le travail est correctement compris et effectué, aussi que chaquegroupe avance à son rythme et qu’il faut prendre en compte les décalagesexistant entre les binômes (en proposant d’approfondir le travail pour les plusrapides, ou encore d’aider des groupes plus lents, etc.).

- en séquençant la manipulation et en imposant le rythme àl’ensemble du groupe. J’ai par exemple, avec les quatrièmes, conduit unemanipulation sur l’additivité des tensions, en demandant aux élèves de réalisertous en même temps le montage, puis de faire tous les branchements duvoltmètre, puis de mesurer la tension aux bornes d’un dipôle, puis aux bornesd’un autre, etc. Cela permet de prendre en compte le groupe dans son ensembleet de s’assurer de la progression de tous, mais cela réduit également sans aucundoute l’implication des élèves qui se reposent alors sur les indications donnéespar le professeur…

­ Un autre des points délicats de cette pratique est le choix de lasituation de départ. Quelle que soit la forme qu’elle revêt, celle-ci doit êtrecapable de faire émerger un maximum des représentations initiales des élèvesconcernant le sujet traité. Et de ce choix dépend beaucoup la remise enquestion de ces idées. De ce choix dépend également le dynamisme de laséquence.

Un moyen de proposer des situations-problèmes efficaces est derechercher, au préalable de la séquence, l’ensemble des représentationsinitiales de la classe, au travers de différents cas choisis et traitésindividuellement sur feuille. La connaissance des représentations erronéespermet alors ensuite de créer des situations d’introduction ciblées, qui saurontfaire émerger les représentations voulues.

Il me semble toutefois bien difficile de proposer aux élèves unedémarche expérimentale qui parviendra à gommer réellement leurs idéesfausses.

En quatrième, en électricité, la situation-problème que j’ai présentéeprécédemment avait pour but de substituer l’unicité de l’intensité du courantdans un circuit en série à l’idée d’usure du courant. J’avais donc choisi detravailler avec deux lampes pour bien montrer que la lampe n’affaiblissait pas

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le courant après son passage, et prévu d’élargir cette situation au cas d’unrésistor.

Lors de l’évaluation de cette compétence dans un devoir (cf. annexe 6),100% des élèves ont répondu que l‘intensité était la même après que le courantait traversé la lampe. 100% ont répondu que l’intensité était également lamême avant et après un résistor. Mais quand dans un exercice la formulationétait différente, avec une association de deux lampes de part et d’autre d’unrésistor et qui brillaient différemment (parce que non identiques), environ lamoitié a répondu que la seconde lampe brillait moins car située après lerésistor…

­ Ce dernier point est relatif à la mémorisation des leçons par lesélèves. Il est important je crois de faire attention à ne pas donner l’impressionaux élèves que, parce qu’ils le font en cours de façon assez autonome, ilssauront seuls répondre à n’importe quel problème nouveau se présentant à eux,et qu’une telle approche du cours scientifique leur enlève le besoin d’apprendrepour fixer les savoirs.

Le morcellement du cours, clairement structuré, apparaît comme un outilpermettant aux élèves de mener l’investigation jusqu’à la connaissance, etceux-ci y parviennent le plus souvent sans difficulté. Le problème est qu’ils sedisent qu’ayant bien compris la notion abordée puisqu’ils l’ont « découverte » defaçon autonome en classe, ils s’en souviendront de ce fait aisément : les élèvesne ressentent plus toujours le besoin de reprendre attentivement leur leçon.

Si le cours présenté à la façon d’un compte-rendu d’expérience faciliteeffectivement la mémorisation, il n’en reste pourtant pas moins nécessaire d’enrevoir et d’en apprendre les contenus.

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5) Conclusion.

Ce mémoire s’inscrit comme une étape d’observation d’une pratique miseen place dès le début de l’année et dont je poursuivrai la mise en oeuvre dansmes cours futurs.

Cette étude des apports de la démarche d’investigation sur lesapprentissages m’aura permis de me rendre compte davantage des réelsbénéfices sur l’enseignement des sciences : une adhésion plus grande et unemeilleure implication.

Cela m’a également permis de prendre du recul par rapport à monenseignement en collège et d’en saisir mieux les objectifs pédagogiques.

Il serait intéressant, au-delà de ce travail, de poursuivre l’étude desapports à long terme de la pratique d’une démarche scientifiqued’investigation : les élèves ont-ils assimilé le processus de raisonnement,sauront-ils s’en resservir, cela leur est-il apparu comme une méthode de travailnouvelle à utiliser ? Notamment est-ce que cet outil mis en place au collège (etd’une autre façon en école élémentaire) perdure jusqu’au lycée ?

Pour conclure j’évoquerai justement la difficulté de la pratique de cettepédagogie en lycée. J’ai pu lors de mon stage en pratique accompagnée en lycéeprendre en charge pendant quelques temps une classe de terminale. Avec 35élèves et un programme dense à traiter en un temps relativement restreint, ilme semble très délicat d’appliquer à ce niveau ce que j’ai pu mettre en place aucollège.

Il serait pourtant sans aucun doute souhaitable, pour la qualité del’enseignement et pour lutter contre la désaffection des filières scientifiques,de rendre plus aisée l’élaboration de cours de sciences physiques à caractèreexpérimental en lycée.

Il semble, d’après le rapport du groupe de relecture des programmes pourle pôle des sciences récemment paru, que la tendance soit bien audéveloppement de la démarche d’investigation. Les conditions d’enseignementcompatibles avec une telle orientation ont été définies par M. Sarmant, IGENet vice-président du groupe de relecture, qui précise que les effectifs et ladensité des programmes doivent être adaptés à la mise en œuvre d’une tellepédagogie d’investigation.

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Remerciements

Je tiens à remercier tout particulièrement mon directeur de mémoire,Monsieur Michel Moreau, pour les conseils qu’il a pu m’apporter et pour sadisponibilité.

Egalement Nicole Soufi, ma conseillère pédagogique, pour son aideprécieuse dans l’élaboration de mes séquences, pour ses conseils et saprésence.

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Bibliographie

EXPERIMENTER sur les chemins de l’explication scientifique, J.-P. Astolfi,Evelyne Cauzinilla-Marmiche, André Giordan. Privat, 1984.

La pluridisciplinarité dans les enseignements scientifiques : 2ème tome Placede l’expérience, Actes de l’université d’été du 9 au 13 juillet 2001. ENSCachan. CRDP Basse-Normandie, Ministère de la Jeunesse, de l’Education etde la Recherche, SCEREN mars 2003.

La main à la pâte, les sciences à l’école primaire, présenté par GeorgesCharpak. Flammarion, 1996.

Annexes

- Annexe 1 -

Situation-problème d’introduction à l’étude de la température de l’eau pure lorsde sa solidification.

- Annexe 2 –

Quelques questions suscitées par cette situation-problème, accompagnées deshypothèses proposées.

- Annexe 3 –

Fiche distribuée aux élèves de cinquième lors de l’étude de la solidification de l’eaupure.

« L’eau est partout. Quelques chiffres ? Notre « Terre », la mal nommée, est couverte pour plus des deux tiers par les mers. Quant ànotre corps, c’est entre 60 et 90% de ce précieux liquide. L’eau est partout mais pas n’importe comment : on dénombre 3 états.Solide ? C’est de la glace. Liquide ? C’est… « de l’eau » ! Gaz ? de la vapeur. Quelques degrés suffisent pour passer de l’un à l’autre deces états. »

Science et vie junior, avril 98.D’après ce texte, outre la pression, quelle grandeur est-elle responsable des changements d’états de l’eau ?Nous allons donc étudier son évolution au cours d’un changement d’état, la solidification. Pour cela il faudra …………………………………..la .……………………………………………… de l’eau. Comment feriez-vous ?………………………………………………………………………………… …………………………………………………………

Comment la température évolue t’elle lors de la solidification de l’eau pure ?

Hypothèses :- à quelle température pensez-vous que l’eau se solidifie ? ……………………………………………………………………………………………………………………….- pensez-vous que la température varie pendant que l’eau devient solide ? ……………………………………………………………………………………………

Objectifs de la manipulation : - vérifier et valider (ou non !!) vos hypothèses. - tracer le graphique donnant l’évolution de la température lors de la solidification

1) Protocole expérimental : 2) Schéma du dispositif :

Vous disposez d’eau liquide, d’un mélange réfrigérant, d’un pot enverre, d’un tube à essais et d’un thermomètre. Proposez unprotocole vous permettant de suivre l’évolution de la températureau cours de la solidification de l’eau pure :……………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3) Manipulation / Observations et tableau de mesures.

Attendre les consignes du professeur avant de commencer la manipulation et la prise de mesures.

tableau de mesures à compléter :

Temps (min.)

Température (°C)

observations :Quand apparaissent les premiers cristaux de glace ?………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Quelle est alors la température du contenu du tube à essais ?………………………………………………………………………………..Que peut-on dire de la température tant qu’il reste de l’eau liquide dans le tube ?…………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………Observez les parois du pot en verre. Que remarquez-vous ? …………………………………………………………………………………..

D’où cela provient-il ?……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

4) Tracé de la courbe de solidification de l’eau pure.

Attendre les consignes du professeur concernant l’élaboration d’un graphique avant de commencer.Tracer le graphique sur la page suivante du cahier.Echelle : 1 carreau pour 1 minute en abscisses et 1 carreau pour 1 degré Celsius en ordonnées.

5) Conclusion :

- Annexe 4 -

Fiche-méthode sur l’élaboration d’un compte-rendu d’expérience, distribuée auxcinquièmes et aux quatrièmes.

Fiche méthode.

COMMENT REDIGER UN COMPTE-RENDU ?

Un compte-rendu d’expérience présente le ……………………………… de l’expérience,les ……………………… faites lors de la manipulation et les …………………………… des résultats.

Il doit comporter :

1. Un titre,

2. Les objectifs de l’expérience réalisée,

3. Un protocole expérimental, c’est-à-dire une description de lamanipulation effectuée et du matériel utilisé. Il peut être accompagnéde schémas.

4. Un tableau de mesures, présentant les résultats, et accompagnéd’observations,

5. Une conclusion dans laquelle les résultats et les observations sontinterprétés.

- Annexe 5 -

Représentations initiales des élèves de quatrième sur le courant électrique dansun circuit en série. Evaluation diagnostique.

courants antagonistes

usure du courant

représentation correcte

L1 L2

+ -

- Annexe 6 -

Devoir surveillé de quatrième sur l’intensité du courant électrique.

4ème DEVOIR N°4 Sciences physiques et chimiques

Les réponses doivent être rédigées : phrases claires et correctement construites… attention àl’orthographe !

Exercice A

I1 I2

I4 I3

c. Reproduire le schéma du circuit en y insérant le multimètre permettant la mesure deI2 (symbole complet).Préciser le mode de branchement dans le circuit.

d. Dans quel cas un signe – précède-t’il la valeur de l’intensité lue sur le multimètre ? Aquoi est-il dû ?

e. Ce multimètre possède 5 calibres pour la mesure d’intensité : 10A, 2000mA, 200mA,20mA, 2mA.

¬ Définir le rôle du calibre.¬ Lequel doit-on utiliser pour effectuer la mesure de I2 ? Justifier.

f. Que valent I1, I3 et I4 ? Justifier.g. On ajoute un second résistor dans le circuit.

¬ Que peut-on dire des valeurs des intensités I1, I2, I3, I4 ?¬ La position de ce résistor a-t-elle une importance ?

Exercice C

Aline et Olivier ont réalisé le montageschématisé ci-contre :

L1 brille plus que L2.

Aline dit à Olivier que les lampes utilisées sont identiques, Olivier lui affirme quenon ! Qui a raison ? Pourquoi ?

1) Compléter le schéma en ajoutant le symbole de la pileélectrique qui permet la circulation du courant dans le circuit (indiquer lesbornes).

2) A l’aide d’un multimètre on mesure I2 = 153 mA.a. Sur quel mode (fonction) doit-on placer le sélecteur du

multimètre pour mesurer cette intensité ?b. Quel est alors le symbole de l’appareil ?

- Annexe 7 -

Traces écrites sur un cahier d’élève.

Le rôle de la démarche scientifique dans l’apprentissage

Ou comment favoriser l’apprentissage pour chacun par la méthodeexpérimentale.

Résumé :

Pour lutter contre le rejet des sciences et afin d’offrir un enseignementplus profitable à l’élève, la démarche d’investigation est de plus en plusproposée.

Après la description de la mise en place dans mon cours de sciencesphysiques, en collège, de cette méthode pédagogique, j’en décris les apportsobservés : une meilleure adhésion et une meilleure implication des élèves, pourqui la compréhension et l’assimilation des connaissances exposées sontfacilitées.

Mots-clés :

investigation / expérimental / démarche / implication / motivation.

Etablissement en responsabilité :

Collège Marcelle Pardé (Dijon)Classes de 5ème et 4ème