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Les démarches d’investigation pour
l’enseignement des sciences
Michèle Prieur, EducTice-S2HEP, IFE-ENS Lyon
Expertise pédagogique Chain Reaction
Formation 27 aout 2014
Résultats d’une enquête nationale auprès
des enseignants de collège et de lycée de
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solutions à un problème »
Registre lexical
Découverte et cheminement exploratoire
8/22
Découverte, erreur, initiatives, cheminement - Mathématiques
« il est en droit de se tromper, d'essayer »
Pour aller plus loin :
Monod-Ansaldi, R., & Prieur, M. (2011). Démarches d’investigation dans
l’enseignement secondaire : représentations des enseignants de
mathématiques, SPC, SVT et technologie. Lyon: IFÉ – ENS de Lyon.
http://ife.ens-lyon.fr/ife/ressources-et-services/ocep/dispositifs/DI/rapport-DI/vie
Prieur, M., Monod-Ansaldi, R., & Fontanieu, V. (2013 ). Représentations de
la démarche d’investigation chez les enseignants de mathématiques, SPC,
SVT et technologie : réception des nouvelles instructions officielles RDST,
7.
Prieur, M., Monod-Ansaldi, R., & Fontanieu, V. (2013). L’hypothèse dans les
démarches d’investigation en sciences, mathématiques et technologie :
convergences et spécificités disciplinaires des représentations des
enseignants. . In M. Grangeat (Ed.), Les enseignants de sciences face aux
démarches d’investigation. Des formations et des pratiques de classe.
Grenoble: PUG.
PLAN
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• Enseignement scientifique fondé sur l’investigation (DI, IBSE). Robine 2009,
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• Dé-compartimentation des disciplines scientifiques. Coquidé 2008
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Le 7e
programme cadre de l’Union européenne pour la recherche et le
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• accompagner le renouvellement de l’enseignement des sciences.
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servir de ses sens, de son intelligence, de son
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1990
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1. Le choix d'une situation – problème
2. L’appropriation du problème par les élèves
3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles
possibles
4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves
5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées
6. L’acquisition et la structuration des connaissances
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• Canevas d’une DI :
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2. L’appropriation du problème par les élèves
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5. L’échange argumenté autour des propositions
élaborées
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22/22
« Il initie les élèves à la démarche scientifique dans le cadre d’un projet. »
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l’initiative, l’engagement dans une démarche scientifique, le travail
d’équipe, le raisonnement et la communication écrite et orale »
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obligatoirement une production (…) et aboutir à une forme de
communication scientifique »
(rien sur l’acquisition de connaissances)
Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010
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Comparaison DI - IBSE
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Rapprocher les disciplines : différentes
configurations
• Selon les pays
D’un rapprochement des disciplines à un enseignement intégré des
sciences.
• En France :
• Des dispositifs :
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• Des enseignements
- Thèmes de convergence (2005)
- EIST (2006)
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26/22
« L’enseignement (MPS) permet aux élèves de découvrir différents
domaines des mathématiques, des sciences physiques et chimiques, des
sciences de la vie et de la Terre et des sciences de l’ingénieur. C’est aussi
l’occasion de montrer l’apport et la synergie de ces disciplines pour trouver
des réponses aux questions scientifiques que soulève une société
moderne, d’en faire percevoir différents grands enjeux, et de donner les
moyens de les aborder de façon objective »
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concernés. »
Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010
Rapprocher les disciplines : le cas de
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1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau
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Développer un
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• Travailler seul, trouver seul, se
gérer tout seul, fonctionner de
manière indépendante, faire
preuve d’initiative, savoir se
mettre au travail seul
• « faculté d’agir par soi-même »
(approche philosophique)
Autonomie
d’un élève
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• Sans l’aide de l’enseignant, sans
l’aide constante d’un adulte, avec
un minimum d'intervention d'un
enseignant, sans interventions
répétées du professeurs
• L'autonomie (…) grâce au travail
en groupe, cela n'exclut pas le fait
d'avoir recours à autrui, cela
n'exclut pas l'intervention du
professeur
• « on ne peut être autonome que par,
ou à travers des dépendances »
(Morin, 1994)  dimension sociale de
l’autonomie
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32/22
• Gérer son temps, Organiser ses recherches
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Organiser l’autonomie
« l’autonomie de l’élève ne se décrète pas, mais s’organise »
(Ravestein, 1999)
• L'autonomie peut s'apprendre.
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d’autonomie est différent
« l’autonomie de l’élève ne se
décrète pas » (Ravestein, 1999)
• Intervention de l’enseignant (individualisée,
collective) : rappels, indices
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• Apports documentaires
• Climat serein
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s’organise » (Ravestein, 1999)
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Un jeu entre le professeur et les élèves dont le but est d’augmenter les
connaissances des élèves.
Le but du jeu : résoudre un problème
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permettre aux élèves de s’engager
dans la résolution du problème :
transfert de responsabilité
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Des outils didactiques pour la
conduite d’une démarche
d’investigation
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Proposer une investigation qui soit en lien avec un problème scientifique à
résoudre
Permettre aux élèves de participer à la construction du problème
Donner aux élèves le désir de résoudre le problème choisi.
« contrat »
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calendrier ? …
« milieu »
Analyse a priori :
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Pour construire un milieu didactique (évolutif et différencié)
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« dialogue », « complémentarité »,
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Transdisciplinarité
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L'investigation dans l'enseignement des sciences

  • 1. Les démarches d’investigation pour l’enseignement des sciences Michèle Prieur, EducTice-S2HEP, IFE-ENS Lyon Expertise pédagogique Chain Reaction Formation 27 aout 2014
  • 2. Résultats d’une enquête nationale auprès des enseignants de collège et de lycée de maths, SPC, SVT, techno http://ife.ens-lyon.fr/ife/ressources-et-service Introduction : représentations d’enseignants sur les démarches d’investigation
  • 3. Méthode statistique textuelle (logiciel Alceste) Question : Pour vous, que recouvre l’expression «démarche d’investigation» dans le cadre de la classe ? 2184 réponses (400 c) Évaluation de la co-présence des mots  registres Analyse par segments de texte L’adhésion d’un mot à un registre est mesurée par un calcul de khi- deux d’indépendance entre le mot et ce registre. Représentation « Wordle »: la taille des mots est fonction de l’adhésion du mot au registre
  • 5. Registre lexical « Difficultés » 5/22 Difficulté de gestion du temps, contraintes matérielles et organisationnelles Technologie, mathématiques
  • 6. 6/22 Registre lexical Démarche/méthode scientifique expérimentale SVT (SPC) « Faire des hypothèses. Mettre au point une ou des expériences pour valider ou réfuter des hypothèses. »
  • 7. 7/22 Registre lexical Résolution de problème, recherche de solutions une démarche de résolution de problème engageant les élèves dans une phase de recherche de solutions – une part de tâtonnement « répondre à une question ou résoudre un problème», « trouver des solutions à un problème »
  • 8. Registre lexical Découverte et cheminement exploratoire 8/22 Découverte, erreur, initiatives, cheminement - Mathématiques « il est en droit de se tromper, d'essayer »
  • 9. Pour aller plus loin : Monod-Ansaldi, R., & Prieur, M. (2011). Démarches d’investigation dans l’enseignement secondaire : représentations des enseignants de mathématiques, SPC, SVT et technologie. Lyon: IFÉ – ENS de Lyon. http://ife.ens-lyon.fr/ife/ressources-et-services/ocep/dispositifs/DI/rapport-DI/vie Prieur, M., Monod-Ansaldi, R., & Fontanieu, V. (2013 ). Représentations de la démarche d’investigation chez les enseignants de mathématiques, SPC, SVT et technologie : réception des nouvelles instructions officielles RDST, 7. Prieur, M., Monod-Ansaldi, R., & Fontanieu, V. (2013). L’hypothèse dans les démarches d’investigation en sciences, mathématiques et technologie : convergences et spécificités disciplinaires des représentations des enseignants. . In M. Grangeat (Ed.), Les enseignants de sciences face aux démarches d’investigation. Des formations et des pratiques de classe. Grenoble: PUG.
  • 10. PLAN 1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau international 2.Les caractéristiques des démarches prescrites en France et dans les autres pays 3.Réflexions et pistes didactiques pour la conduite d’un enseignement scientifique fondé sur l’investigation
  • 11. Contexte politique international fin 20e siècle • Objectif des pays post-industriels et émergents : développer la compétitivité économique  Une réponse commune : favoriser l’éducation scientifique • Deux finalités : • Constituer une élite scientifique • Développer une culture scientifique pour tous (litéracie scientifique, alphabétisation scientifique) : former des citoyens actifs et éclairés Renouvellement de l’enseignement des sciences
  • 12. 12/22 Nouveaux curricula pour l’enseignement des sciences • Enseignement scientifique fondé sur l’investigation (DI, IBSE). Robine 2009, Venturini 2012 • Dé-compartimentation des disciplines scientifiques. Coquidé 2008 Rapports nationaux et internationaux : Ourisson 2002, Bach 2004, Rolland 2006, Rocard 2007, Sommaruga oct 2013 Contexte politique international fin 20e siècle
  • 13. Impulsion de l’enseignement des sciences par la commission européenne Le 7e programme cadre de l’Union européenne pour la recherche et le développement technologique (2007-2013)  Volet éducation : • accompagner le renouvellement de l’enseignement des sciences. • Promouvoir l’enseignement scientifique fondé sur l’investigation
  • 14. • Mettre les élèves en situation de recherche, de résolution de problème (curiosité, activité intellectuelle, activité pratique).  Attribuer aux élèves une responsabilité dans la résolution de problème (esprit d’initiative, autonomie).  Donner une place au réel.  Développer l’esprit critique (argumentation). Enseignement scientifique fondé sur l’investigation : quelques consensus
  • 15. 15/22 Enseignement scientifique fondé sur l’investigation : des racines historiques Début du 20° siècle : Pédagogie active - Constructivisme •USA : Dewey, France : Wallon et Freinet, Suisse : Clarapède et Piaget 1960-70 : Pédagogie active pour l’enseignement des sciences •France : activités d’éveil •USA : démarche de découverte •Angleterre : Projet Nuffield (« je fais et je comprends ») Fin 19e : La leçon de choses (vers 1867) « Le but qu’on doit se proposer par elles, à notre avis, est moins d’instruire l’enfant, d’augmenter ses connaissances, que de lui apprendre à se servir de ses sens, de son intelligence, de son raisonnement ». Georges Pouchet
  • 16. 16/2 Quelques repères chronologiques IBSE -Pays anglo-saxons Standards américains 98 pays 1990 1993 Main à la pâte 1996 Lycée 2010 2002Ecole Nombreux projets de recherche européens : PRIMAS, S-TEAM, CHAIN-Reaction, FASMED 1999 Socle Belgique PRESTE 2000 Collège 2005 2006Socle
  • 17. PLAN 1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau international 2.Les caractéristiques des démarches prescrites en France et dans les autres pays 3.Réflexions et pistes didactiques pour la conduite d’un enseignement scientifique fondé sur l’investigation
  • 18. En France : une démarche d’investigation • L’introduction commune aux programmes collège (2005, 2008).  Un texte commun aux maths, SPC, SVT, techno  texte de référence pour l’enseignement secondaire • Les programmes disciplinaires collège et lycée
  • 19. En France : une démarche d’investigation L’introduction commune aux programmes collège : un canevas en 7 étapes 1. Le choix d'une situation – problème 2. L’appropriation du problème par les élèves 3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles 4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves 5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées 6. L’acquisition et la structuration des connaissances 7. La mobilisation des connaissances Démarche scientifique ou/et pédagogique ?
  • 20. Démarche d’investigation / démarche scientifique • Canevas d’une DI : 1. Le choix d'une situation – problème 2. L’appropriation du problème par les élèves 3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles 4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves 5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées • Transposition d’une démarche scientifique hypothético-déductive Mathé, 2010  Temps  Problème scientifique, construction du problème  Cadre théorique  Communication – Validation - Construction sociale des savoirs Problème Hypothèses Mise à l’épreuve des hypothèses Observations Données expérimentales Théories Modèles
  • 21. Démarche d’investigation / démarche pédagogique • Canevas d’une DI : 1. Le choix d'une situation – problème 2. L’appropriation du problème par les élèves 3. La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles 4. L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves 5. L’échange argumenté autour des propositions élaborées 6. L’acquisition et la structuration des connaissances 7. La mobilisation des connaissances • Démarche pédagogique : Un modèle d’apprentissage de type socio- constructiviste (Mathé, De Hosson & Méheut, 2012) Problème <--> acquisition des connaissances du programme Élève acteur Social
  • 22. 22/22 « Il initie les élèves à la démarche scientifique dans le cadre d’un projet. » « L’évaluation peut prendre des formes variées afin de valoriser l’acquisition de compétences et de qualités telles que l’autonomie, l’initiative, l’engagement dans une démarche scientifique, le travail d’équipe, le raisonnement et la communication écrite et orale » « on demande à l’élève un travail personnel ou d’équipe qui devra intégrer obligatoirement une production (…) et aboutir à une forme de communication scientifique » (rien sur l’acquisition de connaissances) Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010 Enseignement MPS
  • 23. Comparaison DI - IBSE IBSE Démarche d’enquête organisée autour de questions des élèves. Ojectif 1er : connaitre les méthodes, les outils, les démarches de la science DI – programme disciplinaire Situation-problème Raisonnement hypothético- déductif Ojectif 1er : construire des connaissances scientifiques Démarche préconisée en MPS
  • 24. Rapprocher les disciplines scientifiques : un fondement épistémologique Limites de l’hyperspécialisation pour l’étude des systèmes complexes  développement de laboratoire ou groupes de travail intégrant plusieurs disciplines
  • 25. Rapprocher les disciplines : différentes configurations • Selon les pays D’un rapprochement des disciplines à un enseignement intégré des sciences. • En France : • Des dispositifs : - TPE (2000) - IDD (2002) • Des enseignements - Thèmes de convergence (2005) - EIST (2006) - Option MPS seconde (2010)
  • 26. 26/22 « L’enseignement (MPS) permet aux élèves de découvrir différents domaines des mathématiques, des sciences physiques et chimiques, des sciences de la vie et de la Terre et des sciences de l’ingénieur. C’est aussi l’occasion de montrer l’apport et la synergie de ces disciplines pour trouver des réponses aux questions scientifiques que soulève une société moderne, d’en faire percevoir différents grands enjeux, et de donner les moyens de les aborder de façon objective » « Ce travail conjuguera les apports des différents champs disciplinaires concernés. » Bulletin officiel spécial n° 4 du 29 avril 2010 Rapprocher les disciplines : le cas de l’enseignement MPS
  • 27. PLAN 1.Contexte d’introduction des démarches d’investigation au niveau international 2.Les caractéristiques des démarches prescrites en France et dans les autres pays 3.Réflexions et pistes didactiques pour la conduite d’un enseignement scientifique fondé sur l’investigation
  • 28. Quelle autonomie attribuée aux élèves ?
  • 29. Méthode versus démarche Appliquer une méthode Vivre une démarche
  • 30. 30/15 Vivre une démarche scientifique Une tension dynamique entre deux pôles Pensée convergente Rigueur, Contrôle, Argumentation, Validation/réfutation Pensée divergente Liberté, Créativité, Errance, Imagination, Invention Développer un esprit scientifique
  • 31. Questionner l’autonomie • Travailler seul, trouver seul, se gérer tout seul, fonctionner de manière indépendante, faire preuve d’initiative, savoir se mettre au travail seul • « faculté d’agir par soi-même » (approche philosophique) Autonomie d’un élève Professeur Élève(s) • Sans l’aide de l’enseignant, sans l’aide constante d’un adulte, avec un minimum d'intervention d'un enseignant, sans interventions répétées du professeurs • L'autonomie (…) grâce au travail en groupe, cela n'exclut pas le fait d'avoir recours à autrui, cela n'exclut pas l'intervention du professeur • « on ne peut être autonome que par, ou à travers des dépendances » (Morin, 1994)  dimension sociale de l’autonomie
  • 32. « Etre autonome pour …» 32/22 • Gérer son temps, Organiser ses recherches • Répondre à la question posée • Émettre des hypothèses • Réaliser un protocole, réaliser une expérience, réaliser un geste technique • Appliquer un raisonnement L’autonomie s’applique à différents domaines
  • 33. Organiser l’autonomie « l’autonomie de l’élève ne se décrète pas, mais s’organise » (Ravestein, 1999) • L'autonomie peut s'apprendre. • Selon le niveau de l’élève, le niveau d’autonomie est différent « l’autonomie de l’élève ne se décrète pas » (Ravestein, 1999) • Intervention de l’enseignant (individualisée, collective) : rappels, indices • Apport du collectif • Des outils : aide-mémoire, fiche technique • Apports documentaires • Climat serein « l’autonomie de l’élève (…) s’organise » (Ravestein, 1999)
  • 34. Des outils didactiques au service des démarches d’investigation Théorie des situations didactiques (Brousseau, 1986) La situation d’apprentissage : Un jeu entre le professeur et les élèves dont le but est d’augmenter les connaissances des élèves. Le but du jeu : résoudre un problème  Dévolution du problème : permettre aux élèves de s’engager dans la résolution du problème : transfert de responsabilité Règles du jeu : responsabilités prof-élèves  Contrat didactique (gérer le paradoxe)
  • 35. Des outils didactiques Construire un terrain de jeu Margolinas, 1998 Milieu (matériel, savoirs, humains) : source d’autonomie Pour conduire l’investigation (savoir- faire, connaissances) permettant des rétroactions (indépendantes du prof)
  • 36. Des outils didactiques pour la conduite d’une démarche d’investigation « problématisation », « dévolution du problème » Proposer une investigation qui soit en lien avec un problème scientifique à résoudre Permettre aux élèves de participer à la construction du problème Donner aux élèves le désir de résoudre le problème choisi. « contrat » Co-définir ou/et expliciter les objectifs (quelle production ? pour qui ? Avec quel calendrier ? … « milieu » Analyse a priori : -des savoirs scientifiques en jeu, -compétences à mobiliser, -des acquis des élèves : prérequis scolaires, conceptions initiales, difficultés Pour construire un milieu didactique (évolutif et différencié)
  • 37. Comment articuler les disciplines ?
  • 38. Travailler à plusieurs disciplines Transdisciplinarité - « fusion », « unité » Pluridisciplinarité « juxtaposition », « étanchéité » Interdisciplinarité « interactions », « coopération », « dialogue », « complémentarité », « confrontation » Terrisse (1997), Vinck (2000) Transdisciplinarité Des contenus présents dans plusieurs disciplines ou
  • 39. Perception des couleurs par l’œil La couleur des objets La couleur de la veste du prof Des questionnements et des modèles scientifiques liés aux disciplines  des regards croisés de différentes disciplines sur un même objet, en prenant en compte leurs similarités, leurs complémentarités, tout en respectant leurs spécificités. Codisciplinarité
  • 40. Adopter une approche codisciplinaire Articuler les disciplines -Analyser ce qui relève de chacune des disciplines. -Identifier ce qui est partagé : connaissances, outil, matériel, méthodes, vocabulaire. -Assumer les spécificités en connaissance de cause Collaborer -Aider les élèves à se situer dans la démarche entre les disciplines -Assurer un passage de relais entre les enseignements des outils partagés Penser aux outils collaboratifs numériques

Notes de l'éditeur

  1. K des élèves : des K scientifiques mais encore des compétences méthodologiques (Habileté technique, argumenter, …) Dévolution : motivation mais pas seulement, enrobage ne suffit pas Comprendre le problème, le faire sien Sentir qu’on a les moyens de le résoudre Modèle scientif : chausser les bonnes lunettes conceptuelles : un même objet des modèles scientif différents selon les disciplines Morge 2007 Des tâches qui relèvent de la responsabilité de l’élève et que l’enseignant doit leur délèguer réalisation de tâches d’ordres conceptuel et empirique qui ne se limitent pas à du« séquences s’appuient sur certaines idées contemporaines [… par exemple les] rapports entre théorie et faits d’observation (abandon de la vision inductiviste pour une approche hypothético-déductive). » (Morge et Boilevin, 2007, p. 20). «  Reprendre calmette 2009 + mon bilan DI thèse