Lenseignement des sciences entre continuité et innovation en France Séminaire international « Sciences et langues européennes »

L’enseignement des sciences entre continuité et innovation en France

Séminaire international « Sciences et langues européennes »

Introduction : l’enseignement des sciences, sa place dans le système éducatif français

Les objectifs, les méthodologies et les conditions d’apprentissage de l’enseignement des sciences

Les prémisses d’une évolution attendue : l’enseignement des sciences en classe de seconde de détermination, dans le cadre du lycée actuel

L’enseignement scientifique actuel en premières littéraire et économique et social

Les évolutions en cours au collège, prémisses pour le lycée de 2010 : le socle commun de connaissances et de compétences

Une expérimentation de deux années en collège : l’Enseignement intégré de science et de technologie

Une évolution très attendue : le futur lycée de 2010 en chantier, dans un souci de continuité avec le collège

Conclusion : l’enseignement des sciences, entre continuité et innovation en France

Introduction

Introduction : l’enseignement des sciences, sa place dans le système éducatif français

Introduction

Les sciences expérimentales

Sciences de la vie et de la Terre (SVT) Professeurs de SVT (CAPES de SVT -

agrégation Sciences de la vie-Sciences de la Terre et de l’Univers)

Physique-chimie (PC) Professeurs de PC (CAPES de PC;

agrégation de Sciences Physiques (option physique ou chimie ou physique appliquée)

Introduction

Les horaires d’enseignement

Collège : 6ème à la 3ème 1,5 h de SVT et 1,5h ou 2h (en 3ème ) de PC sauf en 6ème (SVT

seules) Lycée d’enseignement général

Seconde de détermination : 2h de SVT dont 1h30 en classe dédoublée; 3h30 de PC dont 1h30 en classe dédoublée;

Première L : Enseignement scientifique de 1h30 en classe dédoublée

Première ES : SVT 1 h 30 (dont 1/2 h en classe dédoublée) Première S : 4 h de SVT et 4h30 de PC (dont 2 h de travaux

pratiques) Terminale S : 3 h 30 de SVT (dont 1 h 30 de travaux pratiques )

et 5 h de PC (dont 2 h de travaux pratiques); enseignement de spécialité dans une des deux disciplines (2h)

Lycée d’enseignement technologique, pour le cycle terminal (premières et terminales) :

pas d’enseignement de SVT. physique-chimie présente dans toutes les séries


Les prémisses d’une évolution attendue: l’enseignement des sciences en classe de seconde de détermination, dans le cadre du lycée actuel

Les sciences dans la classe de seconde actuelle

Les programmes de sciences au lycée

Un texte commun introductif intitulé « L'enseignement des sciences au lycée » formalisant l’évolution souhaitée.

Un programme de SVT et un programme de PC déclinant ces objectifs communs et confirmant cette évolution.


L’introduction commune fixe les objectifs de l’enseignement des sciences

Privilégier l'aspect culturel tout en assurant aux élèves un certain nombre de connaissances de base : leur faire acquérir une culture scientifique

Faire aimer la science aux élèves Les amener à continuer à s'intéresser aux

sciences, à ne pas en avoir peur, à pouvoir aborder ultérieurement la lecture des revues scientifiques, à participer à des choix citoyens sur des problèmes où la science est impliquée.


L’introduction commune aux sciences conduit à l’interdisciplinarité

Un enseignement des sciences construit pour la première fois, comme un tout et non comme une simple juxtaposition de disciplines contiguës. Dans le libellé des programmes Dans les enseignements thématiques Dans les Travaux Personnels Encadrés


L’introduction commune aux sciences insiste sur démarche scientifique

L’expérimentation, une démarche essentielle des sciences à enseigner à l'élève, en acceptant les tâtonnements, les erreurs, les approximations.

Faire réaliser quelques expériences, en petit nombre mais bien choisies et bien comprises, plutôt que de multiplier les expériences rapides

Privilégier l'enseignement de la démarche scientifique incluant l'apprentissage de l'observation et de l'expérience

Pousser l'élève à se poser des questions, à énoncer les questions pertinentes, à comprendre le mécanisme du questionnement.


Les programmes de SVT et de PC affichent des objectifs communs

Offrir à chacun, futur scientifique ou pas, une culture scientifique minimale dans un domaine de la connaissance indispensable à la compréhension du monde qui nous entoure, et ceci à une époque où nous sommes confrontés à des choix de société, notamment en matière d'environnement.

Faire comprendre ce qui différencie la science des autres domaines de la connaissance, par une pratique de la démarche scientifique

Faire comprendre que la culture scientifique ne se définit pas seulement en termes de contenus, mais également en termes d'élaboration de ces contenus (restituer la dimension historique du développement des sciences)

Faire apparaître les liens entre l'activité scientifique et le développement technologique qui conditionne notre vie quotidienne


Les programmes de SVT et de PC affichent la complémentarité des deux disciplines

Thème « messages de la lumière » et « images satellitales et étude des enveloppes externes de la Terre »;

Thème « l’univers en mouvements et le temps » et « exploration de l’espace » avec « la Terre est une planète du système solaire ;

Thème « l’air qui nous entoure » avec « l’atmosphère terrestre et son évolution»

Thème «constitution de la matière » et « cycles de l’oxygène, du CO2 et de l’eau »


Les programmes de SVT et de PC insistent sur les activités expérimentales

Pratique expérimentale accompagnée d'une pratique du questionnement et de la modélisation.

Des expérimentations, des analyses de documents, des conclusions et des synthèses

Une intégration des technologies de la communication et de l’information

Une contribution à la maîtrise de la langue Les programmes et la construction de

compétences lors des travaux pratiques


Les programmes de SVT et de PC : un tronc commun et des enseignements thématiques

Large autonomie et esprit créatif des élèves

L’élève prend le temps de construire (seul ou collectivement) un savoir

A partir de sujets : locaux ou d’actualité transversaux à l’interface des différentes

disciplines s’inscrivent dans ce cadre En rapport avec les notions et contenus

du programme et en réinvestissant certains aspects des démarches scientifiques


L’enseignement scientifique actuel en premières littéraire (L) et économique et social (ES)

Enseignement scientifique en L et ES

Les objectifs en L et en ES

Contribuer à l’acquisition d’une culture scientifique aux élèves qui ont eu un enseignement général de sciences expérimentales mais qui ne se destinent pas dans l’avenir à travailler ou à produire dans le secteur de la biologie, de la chimie, de la physique ou des géosciences

Responsabiliser les individus vis-à-vis d’eux-mêmes et en particulier de la santé mais aussi vis-à-vis de la collectivité et des autres individus, par l’incidence des comportements individuels.

Enseignement scientifique en L et ES

Les programmes en L et en ES

Première L : des questions non disciplinaires en soi associent les notions et les contenus dans un cheminement où les apports des SVT et de la PC alternent.

Première ES : les SVT développent davantage des interactions avec l’enseignement de la géographie et de sciences économiques par le choix de trois thèmes porteurs d’un questionnement sur l’environnement, selon des approches qui vont de l’objet biologique aux considérations mondialistes : Une ressource naturelle, le bois Une ressource indispensable, l’eau Alimentation, production alimentaire, environnement


Les évolutions en cours au collège, prémisses pour le lycée de 2010 : le socle commun de connaissances et de compétences

Le socle commun de connaissances et de compétences


Son acquisition par tous les élèves est une obligation du service public d’éducation inscrite dans la loi d’orientation et de programme pour l’avenir de l’Ecole : « La scolarité obligatoire doit au moins garantir à

chaque élève les moyens nécessaires à l’acquisition d’un socle commun constitué d’un ensemble de connaissances et de compétences qu’il est indispensable de maîtriser pour accomplir avec succès sa scolarité, poursuivre sa formation, construire son avenir personnel et professionnel et réussir sa vie en société ».

Elle sera validée en fin de formation par un document individuel attestant la maîtrise des capacités, des attitudes et des connaissances des sept compétences.


Les SVT et la PC au sein du socle

Les programmes de l’enseignement des mathématiques, des SVT, de physique-chimie et de technologie contribuent à l’acquisition de compétence 3 du socle commun de connaissances et de compétences « les principaux éléments de mathématiques et de culture scientifique et technologique ».

Les trois disciplines, SVT, technologie et PC contribuent à valider la compétence 3B du socle « la culture scientifique et technologique »


Des contenus disciplinaires qui alimentent différents champs

L’univers et la Terre

La matière Le vivant L’énergie

Connaître les différentes formes d'énergie et leur utilisation. Savoir que l'énergie peut se transformer d'une forme à une autre

Les objets techniques

SVT PC

L’énergie est nécessaire au fonctionnement des organes, dans le cadre de l’oxydation des nutriments.

L’énergie peut revêtir différentes formes (électrique, lumineuse, mécanique…) et se transformer d’une forme à l’autre; elle peut être libérée par une réaction chimique (réactions de combustion) ou absorbée


Les thèmes de convergence

Contribuer, pour chaque enseignement disciplinaire, de façon coordonnée, à l’appropriation par les élèves de savoirs relatifs à différents thèmes;

Donner plus de cohérence à la formation des élèves dans des domaines tels que :

la santé, la sécurité et l’environnement qui sont essentiels pour le futur citoyen.

la météorologie ou l’énergie mais aussi la pensée statistique, pour faire prendre conscience de ce que la science est plus que la simple juxtaposition de ses disciplines constitutives et donne accès à une compréhension globale d’un monde complexe notamment à travers des modes de pensée qu’elle met en œuvre.

Viser ainsi, à l’issue des études au collège, une construction par l’élève d’une première représentation globale et cohérente du monde dans lequel il vit à partir de l’étude de ces sujets essentiels pour les individus et la société.

Permettre aux élèves de percevoir les convergences entre les disciplines et d’analyser, selon une vue d’ensemble, des réalités du monde contemporain.


Des capacités et des attitudes communes

La physique-chimie, les sciences de la vie et de la Terre et la technologie se rejoignent autour des capacités nécessaires pour mettre en œuvre les connaissances dans des situations variées :

rechercher, extraire et organiser l’information utile ; réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des

consignes ; raisonner, argumenter, pratiquer une démarche

expérimentale ou technologique ; présenter la démarche suivie, les résultats obtenus ;

communiquer à l’aide de langages ou d’outils scientifiques et technologiques.

Elles se rejoignent aussi autour des attitudes à développer : sens de l’observation, curiosité, esprit critique, observation des règles élémentaires de sécurité, responsabilité face à la santé, à l’environnement et au monde vivant …


Un suivi commun de l’acquisition progressive de ces connaissances et compétences

Une grille de référence pour la Culture scientifique et technologique du socle commun : document permettant aux enseignants d’identifier les connaissances et les capacités et leur donnant des repères pour trois paliers (fin de la 6ème , fin de la 4ème , fin de la 3ème) : Dans un souci de complétude et de

progressivité Des critères communs définissant les

qualités de la production attendue : Dans un souci d’évaluation


Capacités et indications

pour l’évaluation

Palier de fin de cycle d’adaptation

Palier de fin de cycle central

Palier de fin de cycle d’orientation

Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique

Formuler une hypothèse

L’élève choisit dans une liste une hypothèse ou une conjoncture.

L’élève propose une hypothèse qui correspond au problème clairement posé.

L’élève propose une ou plusieurs hypothèses, formule une conjoncture qui répond à la situation identifiée.

Participer à la conception d’un protocole, d’un programme

L’élève remet en ordre les étapes d’un protocole.

L’élève identifie un protocole, une méthode qui correspond à la question posée ou l’hypothèse faite.L’élève reconnaît le contexte ou les conditions d’utilisation d’une formule, d’un protocole, d’un théorème connus.

L’élève adapte un protocole, un algorithme, un programme, à une situation proche.L’élève participe à la conception d’un protocole, d’un algorithme.Le problème étant clairement identifié, l’élève propose un protocole expérimental connu.


Par exemple, pour la capacité « questionner, identifier le problème, formuler une hypothèse » :

Capacité Critères : description

Formuler une hypothèse, une conjecture

Il s’agit d’exprimer une solution plausible et non contradictoire (cohérence) au moins partielle au problème posé ( pertinence)

Autre exemple, pour la capacité « rechercher, extraire et organiser l'information utile » :

Capacité Critères : description

Extraire d’un document les informations relatives à un thème de travail :Extraire des informations d’un fait observé

Il s'agit de prendre en compte des informations ayant un rapport avec l'étude en cours, sans hors sujet (pertinence), sans oubli (intégralité), sans erreur de lecture et sans les déformer (exactitude)


La démarche d’investigation dans les trois disciplines

S’appuie sur le questionnement des élèves sur le monde réel : situation déclenchante

Privilégie l’observation, l’expérimentation ou l’action directe par les élèves sur le réel. Chaque séance d’investigation est conclue par des activités de synthèse et de structuration à partir des travaux effectuées par la classe.


Des situations d’enseignement communes

Des tâches simples Pour reproduire des procédures

Des tâches complexes motiver les élèves les conduire à exprimer de véritables

compétences dans des situations nouvelles les former à gérer des situations concrètes de

la vie réelle en mobilisant les connaissances, les capacités et les attitudes acquises.

Une démarche de projet


Des tâches complexes dans chaque discipline

Mettre l’élève dans une situation réaliste, si possible ancrée dans le quotidien, n'ayant pas un lien direct ou immédiat avec la connaissance à construire, destinée à motiver la recherche

Lui préciser ce qu'il doit faire, de façon ouverte, sans détailler, et ce qu'il doit produire, mais sans lui dire comment s'y prendre ni lui donner de procédure

Le laisser, dans le cadre de sa démarche personnelle de résolution et selon l’ordre qui lui convient, mettre en œuvre un certain nombre de capacités, de connaissances et d’attitudes de la compétence 3B du socle.


Un exemple en physique-chimie

Toutes les voitures possèdent un système d’éclairage. Nous nous intéressons au circuit d’éclairage avant d’une voiture. Dans ce circuit, un bouton de commande permet d’allumer ou d’éteindre les deux phares en même temps. Il arrive souvent que l’on voie sur la route des voitures qui n’ont qu’un seul phare qui fonctionne sur les deux qu’elles possèdent.

Tu vas devoir imaginer et réaliser un circuit électrique qui a les mêmes propriétés que celui de la voiture. Tu feras un schéma de ce montage et tu expliqueras pourquoi ton montage correspond au circuit d’éclairage avant d’une voiture.

Dans cet exemple de physique - chimie, il s’agit : d’identifier le problème de participer à l’élaboration d’un protocole de réaliser un montage à partir d’un schéma de confronter le résultat au résultat attendu de présenter les étapes d’une démarche de résolution


Des tâches complexes interdisciplinaires

Abordées ensemble, sous la forme d'un projet

En montrant à l’élève la cohérence des approches et des méthodes ainsi que la complémentarité des connaissances. Dans chaque discipline les activités interdisciplinaires proposées

Réalisées sur une ou plusieurs séances voire sur plusieurs années scolaires

Contribuent aux thèmes de convergence


Une démarche de projet en SVT

L’éducation à la responsabilité en matière de santé et d’environnement constitue un des objectifs importants des programmes de sciences expérimentales tout au long du collège et plus spécifiquement en SVT en classe de 3ème où elle se construit à partir de 6 thèmes :

les maladies nutritionnelles et certains cancers ; les transplantations (les dons d'organes, de tissus et de cellules) ; la qualité de l'eau ou de l'air de la basse atmosphère ; la biodiversité ; les ressources en énergies fossiles et énergies renouvelables ; les méthodes de procréation médicalement assistées et de contraception.

Il s’agit, dans ce cadre, de : développer le travail autonome de l’élève l’initier à la démarche de projet par la mise en place de recherches et/ou de

réalisations de productions personnelles permettre de contribuer à l’acquisition et/ou à l’évaluation des compétences

des technologies et de la communication, sociales et civiques, de l’autonomie et de l’initiative.

On y favorise le croisement des disciplines et, dans la mesure du possible, une collaboration avec des partenaires extérieurs.


Une expérimentation en collège : l’enseignement intégré de science et de technologie

L'enseignement intégré de science et technologie

Les objectifs de l’EIST et sa mise en œuvre

Vise plusieurs objectifs, en particulier développer la curiosité des élèves en privilégiant une démarche d’investigation, donner le goût de la science et technologie, acquérir des connaissances solides, les conduire à argumenter et à raisonner.

Est assuré par un seul enseignant, qu’il soit professeur de SVT, de technologie ou de PC

Est préparé en amont par les trois professeurs, de façon concertée : progressions et cours établis à partir de thèmes transversaux qui permettent d’intégrer les trois programmes disciplinaires.

L'enseignement intégré de science et technologie

L’EIST : Un questionnement sans spécificité disciplinaire

Exemple : Comment se transforme le monde ? Qu’est-ce qui fait bouger et changer les

choses ? Quels besoins pour vivre ? D’où viennent les énergies ? Quelles relations avec

l’environnement ?


Une évolution très attendue : le futur lycée de 2010-2011 dans un souci de continuité avec le collège

Les sciences dans le futur lycée de 2010-2011

Un enseignement de sciences expérimentales, pour la première fois

Première idée : Faire comprendre les enjeux de la science à travers la nature des sujets proposés et l’appui fort sur des activités manipulatoires et expérimentales Leur faire comprendre comment se construit la science, Les conduire à imaginer, à inventer des situations

reproductibles permettant d'établir la réalité d'un phénomène ou d'en mesurer les paramètres,

Privilégier l'enseignement de la démarche d’investigation incluant l'apprentissage des pratiques d’observation, de manipulation et d’expérimentation.

Deuxième idée : Privilégier un ancrage historique, dans un contexte scientifique, social et économique donné, pour comprendre comment les découvertes historiques ont influencé le cours de l’histoire.

Un enseignement de sciences expérimentales, pour la première fois

Troisième idée : Donner à tous les lycéens les moyens de comprendre l’importance d’une approche scientifique des grands défis que les sociétés doivent relever et on doit les aider à guider leurs choix, à titre personnel ou collectif, dans le cadre de leur vie courante ou de l’exercice de leur profession.

Quatrième idée : privilégier une approche croisée et complémentaire de la chimie, des sciences de la vie, de la physique et des sciences de la Terre afin d’offrir un enseignement global ; d’autres disciplines permettront de façon complémentaire, d’aborder ces mêmes questions sous d’autres angles, afin de faire percevoir la complexité des situations et comprendre les mécanismes de décision.


Un programme unique de sciences expérimentales

Il serait conçu pour faire sens par lui-même. Il permettrait à tous les élèves grâce à une approche

scientifique de mieux explorer des domaines diversifiés de la vie courante et de fournir des bases scientifiques à ceux qui continueront leurs études dans cette voie.

Il pourrait se présenter en trois colonnes intitulées : Notions de PC précisant les connaissances et les

concepts à étudier ; Notions de SVT précisant les connaissances et les

concepts à étudier ; Compétences exercées lors de l’acquisition d’une

notion figurant dans l’une des colonnes du tableau, compétences communes aux deux sciences expérimentales.


Les grands thèmes abordés

La terre dans l’univers Nourrir l’humanité Le défi énergétique Sciences et sport


Produire : s’orienter vers une agriculture durable

La photosynthèse est une transformation chimique mettant en jeu des processus biochimiques complexes.Le sol est un milieu d’échanges de matière.Les engrais et pesticides contiennent des espèces chimiques ioniques ou moléculaires.

Modéliser une transformation chimique par l’écriture de son équation de réaction.Exploiter des documents et mettre en œuvre un protocole pour comprendre les interactions entre le sol et l’eau en termes d’échanges d’ions.Extraire et exploiter des informations sur :- les produits utilisés pour améliorer la production des cultures, notamment en matière de sécurité chimique ;- la sélection des variétés, les pratiques de culture ou d’élevage à mettre en relation avec les rendements attendus ou obtenus.Concevoir des protocoles et/ou les mettre en œuvre et exploiter les résultats concernant :- le dosage d’une espèce présente dans un engrais ou pesticide, par comparaison ;- les conditions de la production de matière par les végétaux chlorophylliens (matières minérales dont le carbone).Faire preuve d’esprit critique en étudiant la conduite d’un élevage ou d’une culture quant à son impact sur la santé et l’environnement.

Les végétaux chlorophylliens sont autotrophes pour le carbone, ce sont des producteurs primaires.La recherche de rendements élevés économiquement supportables et permettant de nourrir tous les Hommes, doit s’accompagner d’une étude de l’impact sur l’environnement et la santé. L’évolution des pratiques agricoles visant à l’amélioration des productions repose, par exemple, sur :- une production de variétés végétales et de races animales de qualité par la sélection, la manipulation génétique, le bouturage ou le clonage ;- une protection raisonnée des cultures ;- une fertilisation équilibrée qui préserve la qualité des sols ;- une gestion économe et équilibrée des ressources en eau ; une maîtrise des conditions d’hygiène, d’alimentation et de reproduction des espèces sélectionnées dans des conditions sanitaires appropriées.

Liens avec la géographie: développer des agricultures durables


Peut-être des modules de découverte

Destinés à se décider pour une filière

Faisant découvrir ce que c’est réellement la science

Ouvrant vers les métiers de la science

Permettant des rencontres avec les professionnels

…

Conclusion

L’enseignement des sciences, entre continuité et innovation en France

Conclusion

Notre enseignement des sciences doit évoluer

Les programmes de collège de 1996 et l’expérience de onze années de La main à la pâte à l’école primaire

Les résultats des évaluations internationales

Le manque d’intérêt des français pour les études scientifiques et les métiers de la science

Conclusion

Les directions sont claires mais les modalités se cherchent

Les programmes de collège ont installé la démarche d’investigation et la nécessité de susciter la curiosité scientifique des élèves et de l’ancrer sur le quotidien.

Le socle est un espoir pour contribuer à une approche pluridisciplinaire.

L’EIST, les thèmes de convergence sont des pistes pour réussir cette interdisciplinarité thématique.

Les programmes de lycée de 2001 affichaient déjà cette quadruple volonté :

D’offrir à chacun, futur scientifique ou pas, une culture de base dans un domaine de la connaissance indispensable à la compréhension du monde qui nous entoure, et ceci à une époque où nous sommes confrontés à des choix de société, notamment en matière d'environnement,

De faire comprendre ce qui différencie la science des autres domaines de la connaissance, par une pratique de la démarche scientifique,

De faire apparaître les liens entre l'activité scientifique et le développement technologique qui conditionne notre vie quotidienne,

De permettre à chaque lycéen de s'orienter, selon ses goûts, vers des études scientifiques jusqu'au baccalauréat et au-delà, en tentant d'enrayer une certaine désaffection pour la physique, constatée récemment dans plusieurs pays occidentaux.

Conclusion

Vers un nouveau lycée et une nouvelle classe de seconde

Pour atteindre les objectifs définis déjà en 2001 en continuité avec le collège :

Par une approche thématique, Selon une approche croisée et complémentaire de

plusieurs disciplines, En suivant une démarche d’investigation permettant

d’explorer des domaines diversifiés de la vie courante En s’appuyant sur un ancrage historique

Donnant ainsi à tous les lycéens les moyens de comprendre l’importance d’une approche scientifique des grands défis que les sociétés doivent relever et les enjeux de leurs responsabilités individuelle et collective.

Merci de votre attention …

Documents

Lenseignement des sciences entre continuité et innovation en France Séminaire international « Sciences et langues européennes »