Cheminement parcouru dans les apprentissages

La démarche d’investigation scientifique

Cette démarche s’appuie sur les démarches scientifiques qui sont pratiquées en laboratoire. Néanmoins les élèves mettent en évidence des connaissances scientifiques déjà établies alors que la pratique des scientifiques cherche à élaborer établir de nouveaux savoirs.
L’enseignement des sciences est depuis longtemps fondé sur une démarche scientifique : l’expérimentation, l’observation, le questionnement , visant à développer les capacités d’écoute et de raisonnement. La démarche actuellement préconisée par l’éducation nationale, la démarche d’investigation, a été initiée en France par Georges Charpak, membre de l’académie des sciences qui a fondé en 1995 l’opération « la main à la pâte ». Puis en 2011, la fondation « La main à la pâte » est créée qui a pour but d’améliorer la qualité de l’enseignement des sciences à l’école et au collège. (Lamap, 2021).
Cette démarche est issue de la pédagogie active et collaborative du courant socio-constructiviste. En effet, beaucoup d’étapes d’investigation font appel à des travaux de groupe, de communication, d’échange entre pairs. Selon Vygotski ces interactions sociales contribueraient aux acquisitions des opérations mentales. Letâtonnement et l’erreur font partie intégrante de l’apprentissage (Houdé, 2018).
L’apprenant construit lui-même son savoir avec les autres.

Résultats et discussion

Résultats

Retour sur la séquence

L’ensemble de la séquence s’est déroulé sans accroc. Les élèves ont montré une grande motivation tout le long des différentes séances, ils ont notamment été très impatients à l’idée de faire des expériences. Les moments de recueils de données (relevés des conceptions initiales, finales, questionnaires…) ont été des moments que les élèves ont eu l’air d’apprécier : un moment de centration sur eux-mêmes dans le calme absolu. Enfin ils étaient impatients de réaliser l’évaluation sommative et d’avoir leurs résultats !

Les progrès identifiés par l’enseignant

Les progrès des élèves ont pu être déterminés par plusieurs moyens.

Les évaluations formatives

Tout le long de la séquence elles m’ont permises de me rendre compte des apprentissages qui semblaient être acquis et ceux qui étaient encore fragiles. Globalement, j’ai pu constater dans chaque séance des progrès notamment pour les élèves qui prennent la parole. En effet cette évaluation passe majoritairement par l’oral, même si certains écrits ou schématisation me permettaient aussi une évaluation du progrès.

L’évaluation sommative (résultats en Annexe VII)

Pour l’ensemble des compétences évaluées, une grande majorité d’élèves a atteint le niveau « acquis » et une minorité de « partiellement acquis » mais aucun « non acquis ». Si on se focalise sur les deux grands objectifs de la séquence :
1/ Connaitre le cycle domestiques de l’eau : 75% des élèves ont atteint l’objectif et 25% l’ont atteint partiellement.
2/ Savoir adopter un comportement responsable vis-à-vis de l’eau : 100% des élèves l’ont atteint.

La comparaison des conceptions initiales et finales par l’enseignant

Au vu des conceptions, tous les élèves ont progressé. Il n’a pas été constaté de petite progression. Il a pu être établi deux niveaux de progrès :
– 8 élèves / niveau moyen, avec au moins deux étapes nouvelles, comme on peut le visualiser ici avec un élève à besoin particulier qui a intégré que l’eau qu’il boit est potabilisée avant d’être stockée dans un château d’eau. La seconde partie du cycle n’a par contre pas été intégré (conception résistante).

Les moyens/moments d’apprentissage 

A quels moments pense-tu avoir appris quelque chose tout le long du projet sur l’eau ?

La Figure 4 permet de visualiser l’ensemble de ces moyens relevés par les élèves. Ils sont très variés mais on distingue deux moyens majoritaires : les expériences (29%) et les vidéos (24%). Deux autres moyens reviennent aussi souvent : l’écriture des traces institutionnalisées (16%) qui regroupent les conclusions des démarches d’investigation et les traces finales de la séance 9 ainsi que les moments des exposés (16%) par l’écoute des camarades et le fait de trouver la phrase-réponse à la question posée pendant la démarche de recherche documentaire. On peut aussi noter la présence de l’intervention de l’UNICEF (5%) et les évaluations formatrices (3%) et, dans une très faible mesure, les explications orales d’enseignant, les discussions de classe, les photos de la STEP et les schémas.

Discussion

Se rendre compte de ses progrès en comparant les conceptions initiales et finales

Dans un premier temps, au vu des résultats des évaluations formatives, sommatives ainsi que la comparaison des conceptions initiales et finales réalisée par l’enseignant, il est possible d’affirmer que tous les élèves ont progressé même si certains ont moins progressé que d’autres. Ce constat vaut aussi pour les élèves qui avaient déjà des conceptions proches du savoir savant. Il y a donc bien la possibilité que chaque élève de cette classe puisse se rendre compte de ses réels progrès.
Pour que les élèves puissent se rendre compte des progrès réalisés, la première hypothèse était donc de confronter les conceptions initiales, point de départ de toute démarche d’investigation, avec celles des conceptions finales. Ce dernier relevé a été fait ici avec un laps de temps assez long pour pouvoir apprécier le remodelage de leurs structures explicatives, preuve qu’ils ont appris.
Les résultats du questionnaire de comparaison de ces deux relevés de conceptions démontrent que tous les élèves se sont rendu compte de leurs progrès.
Ils l’indiquent d’ailleurs même de manière explicite en employant le terme « de se rendre compte d’avoir appris », d ’ « amélioration » ou encore « de progrès » ; sauf pour deux d’entre eux qui notent seulement que leurs conceptions initiales étaient erronées. Par ailleurs, quelques élèves détaillent leurs progrès en identifiant les points faux ou manquant dans le relevé initial et indiquent par la suite l’amélioration. Cela permet une visualisation du progrès et un changement du statut de l’erreur qui parait normal en début de séquence : avant de savoir, on ne sait pas. Quelques élèves ont relevé que des similitudes ou des savoirs étaient déjà présents dans leurs conceptions initiales. Cette évaluation est tout à fait juste, ces élèves avaient déjà des acquis dans ce domaine et parfois connaissaient déjà quelques étapes du cycle domestique de l’eau.
Il faudrait toutefois prendre plus de temps voire accompagner cette confrontation pour déceler es changements, les ressemblances, les analyser afin de se rendre compte précisément du progrès mais aussi des blocages persistants. A ce temps pourrait aussi être ajouté un second temps pour les comparer aussi aux savoirs savants ce qui permettraient en plus une auto-évaluation.Ainsi, non seulement les élèves ont tous eu la capacité à visualiser leurs progrès en termes de connaissance et parfois même en termes de méthodologie mais certains peuvent distinguer précisément les savoirs vrais des savoirs faux dans leurs conceptions initiales. Cette démarche permet donc de visualiser et de démystifier les erreurs par la prise de conscience des progrès.

Se rendre compte de ses progrès grâce à la mise en mots des pensées par productions orales et écrites mais pas que…

La démarche d’investigation s’accompagne d’une production d’écrits et orales régulière et variée. Cette mise en mot de la pensée de l’apprenant serait un support à une activité de métacognition qui lui permettrait de décrire son cheminement afin que celui-ci sorte du domaine de l’implicite et devienne tout à fait conscient, ce qui correspond à la seconde hypothèse.
Les étapes de la démarche d’investigation qui mobilisent l’apprentissage sont les étapes qui suivent la situation déclenchante et le débat. En effet ces dernières ne sont pas des moments d’apprentissage ni des temps de métacognition mais toutes les autres peuvent l’être (Tableau 2, page 20). Et c’est d’ailleurs ce que les élèves constatent aussi quant aux moments d’apprentissages cités. On retrouve :
– la phase d’investigation par expérience et recherche documentaire permettant de créer des écrits intermédiaires de groupe : la fiche protocole, les affiches des exposés (Annexe X et XII) et des oraux explicatifs allant de la réflexion, de l’organisation aux présentations des résultats et de leurs interprétations (cf Tableau 1).
– la phase de structuration des connaissances permettant de produire les traces institutionnalisées par oral et par écrit : verbalisation et schématisation des définitions sur la fiche STEP (Annexe XII), verbalisation et écrit des conclusions sur les fiches protocole et eau potable (Annexes XI et XIV), des phrases-réponses des questions posées de chaque exposé (Annexe XIV), et l’élaboration collaborative des traces finales Annexe XV),
– la confrontation aux savoirs savants en visionnant la vidéo explicative de la station d’épuration et en écoutant l’exposé des camarades qui ont permis de tracer par écrits les savoirs sur la fiche STEP (Annexe XIII) et la fiche eau potable (Annexe VIX).
En plus de ces étapes, un temps de rencontre avec un expert a permis de se décentrer du quotidien d’un élève français et de visualiser la réalité de certains enfants du tiers-monde et des conséquences du manque d’eau potable. Cela a non seulement touché les élèves, mais ils notent eux-mêmes que ça a été un moment d’apprentissage. C’est d’ailleurs bien visible dans leurs attitudes et comportement vis à-vis de l’eau et notamment quant à éviter son gaspillage.
Les moments d’apprentissage identifiés par les élèves sont en adéquation avec ce qui est attendu par les temps de la démarche d’investigation scientifique. La figure 6 (page 31) permet de visualiser que les moyens d’apprentissage émergent aussi bien par des productions orales, et notamment de l’écoute (de l’enseignant et des camarades lors des exposés) ou lors des échanges oraux de classe, mais aussi des productions écrites essentiellement les écrits institutionnalisés. Mais finalement ces moyens sont d’autant plus cités lorsqu’ils engendrent plusieurs types de productions, écrites, orales mais aussi par d’autre biais comme l’observation, la manipulation et la découverte auprès d’un intervenant.
Ces apprentissages sont d’ailleurs bien ressentis par les élèves : d’’une part par le sentiment de confiance dans leurs savoirs puisqu’ils étaient en attente et en demande de l’évaluation sommative ; d’autre part, par les résultats du questionnaire métacognitif qui démontrent le ressenti des élèves, soit explicitement, soit en le justifiant directement. Certains d’entre eux s’arrêtent à la justification sans noter ce ressenti de progrès explicite. Les élèves réussissant à s’exprimer sur leurs moyens de se rendre compte des progrès sont nombreux mais très diversifiés. Les apprenants sont avant tout des êtres humains et nous sommes tous différents ! Toutefois, nous pouvons noter un moyen qui ressort légèrement : la capacité à répondre aux questions posées par l’enseignant ou par l’intervenant UNICEF, ce qui correspond à des temps d’évaluations formatives. En effet, chaque séance débutait par un court échange avec les élèves pour qu’ils puissent exprimer ce qu’ils avaient fait et donc appris de la séance précédente. Ce moment d’échange oralisé permettait aux élèves de prendre conscience de leurs progressions, et d’adapter (en insistant sur les points manquants, par exemple) la séance. De même que lors des phases d’institutionnalisation en fin de séance, un nouvel échange oralisé avec l’ensemble du groupe-classe permettait une nouvelle évaluation. Enfin, l’intervention de l’UNICEF (séance 8) a été une forte évaluation formatrice. En effet, le bénévole a débuté son intervention par une succession de questions déjà étudiées, pour lesquelles les élèves ont trouvé les réponses ce qui permettait de ressentir leur plaisir de pouvoir répondre à ses questions et implicitement le plaisir d’avoir appris ! Cela a donc permis aux élèves qui ont répondu de se rendre compte de leurs progrès mais aussi certainement à ceux qui ne connaissaient pas la réponse de les alerter. Néanmoins, ces moments d’échange permettent d’évaluer seulement les élèves qui ont participé.
On peut remarquer dans les réponses des élèves l’importance de la modalité du travail de groupe qui permet de se rendre compte des progrès, peut-être grâce encore aux échanges oraux qu’ils produisent pendant ces travaux d’investigations.
Cela confirme l’aspect non négligeable de l’apprentissage par socio-constructivisme de cette démarche.
Enfin, on peut noter un certain nombre de réponses liées à une activité métacognitive. En effet certains élèves ont pris conscience de leurs apprentissages en prenant du recul sur leurs savoirs, en en parlant et en expliquant aux autres ousimplement en y repensant ou en y réfléchissant.
Les élèves sont donc capables d’une certaine activité métacognitive mais il faut la provoquer. Cette activité métacognitive reste tout de même un exercice difficile qui demande certainement un apprentissage : apprendre à apprendre ! Bien sûr l’ensemble de ces résultats doit être à relativiser puisque l’échantillonnage est réduit : une classe mais constituée de 28 élèves aux profils très hétérogènes.
Cependant le projet a démontré la validation de la première l’hypothèse : le retour sur ces conceptions initiales en les confrontant aux conceptions finales permet bien à l’élève de visualiser ses progrès en termes de connaissances. Concernant la seconde hypothèse, les résultats sont plus nuancés : même si les productions langagières écrites et orales contribuent à une activité cognitive identifiée par les élèves, ces productions n’apparaissent pas explicitement dans les retours des élèves comme des éléments permettant de se rendre compte de leurs cheminements dans les apprentissages. Toutefois, l’oral a une place privilégiée pour se rendre compte des acquis et donc du progrès lors de phase d’évaluation formatrice.

Conclusion

L’ensemble des outils mis en place dans ce projet, confrontation des conceptions initiales et finales, évaluations, questionnaire métacognitif, a permis de prendre réellement conscience du progrès des élèves par moi-même et surtout par les élèves. Cette approche a aussi permis aux élèves de prendre du temps de réflexion sur leurs connaissances et compréhension de tout ce qu’ils ont vu ou fait, de les mettre en mots et d’identifier les moments d’apprentissage. Ces moments ont été vécus avec un grand enthousiasme. De même, les élèves ont montré une grande motivation pendant toutes les étapes de cette démarche et une confiance dans leurs apprentissages. Cette séquence a permis de faire vivre toutes les étapes de la démarche d’investigation avec plusieurs modalités d’investigation (expérience, recherche documentaire, rencontre d’un expert) entrainant diverses modalités de travail et de productions. Les élèves identifient bien l’ensemble des étapes de la démarche d’investigation comme moyens d’apprentissage (hormis la situation déclenchante et le débat socio-cognitif qui ne sont effectivement pas des moments d’apprentissage). Cette recherche confirme l’aspect majeur du langage dans l’enseignement des sciences. En effet les élèves ont montré l’importance de l’écrit et notamment des écrits institutionnalisés coconstruits, de l’oral et notamment de l’écoute de leurs camarades (exposé) et d’un intervenant (UNICEF). Mais ils ont aussi montré que leurs apprentissages s’appuyaient aussi sur le visionnage de vidéos et lors des expériences. Croiser les dispositifs d’apprentissage permet donc aux apprenants de se rendre compte de ces moments/moyens d’apprentissages, ce qui renforce la richesse de cette démarche d’investigation et confirme son efficacité dans une construction pérenne des concepts scientifiques.
De plus, même si la démarche d’investigation scientifique permet à la majorité des élèves de ressentir le savoir méconnu avant la séquence, elle ne leur permet pas forcément de se rendre compte des réels progrès qu’ils ont fait. C’est la confrontation des conceptions initiales aux conceptions finales qui a permis à tous les élèves d’identifier ces progrès. Cette recherche démontre l’efficacité de cette confrontation qui amène tous les élèves (loin ou proche du savoir savant, aux besoins particuliers ou non) à se rendre compte de leurs progrès. Cette recherche souligne le fort impact du langage oral dans la prise en compte par l’élève du cheminement parcouru en identifiant ses progrès et notamment pendant les évaluations formatives de chaque séance. Elles ont permis non seulement à l’enseignant mais aussi aux élèves de se rendre compte de leur capacité à répondre ou non et donc de pouvoir évaluer les progrès. Finalement cette recherche renforce l’importance des évaluations au cours des apprentissages, évaluation diagnostique, formative, voire même l’auto-évaluation qui pourrait se réaliser grâce à la comparaison des conceptions initiales et finales. Cette auto-évaluation permet d’impliquer encore davantage l’élève dans son processus d’apprentissage et donc dans une activité métacognitive. Cette activité devrait être, dans un premier temps, accompagnée par l’enseignant pour aider l’élève à décrypter ses productions, ses méthodes d’apprentissages etc.
Finalement la démarche d’investigation scientifique semble particulièrement adaptée pour favoriser la prise de conscience des apprentissages s’appuyant sur plusieurs modalités de travail ainsi que sur le langage écrit et oral. Cette démarche menée jusqu’à une confrontation des conceptions initiales et finales par les élèves permet donc de mettre en œuvre une pédagogie de la réussite, en intégrant pleinement les erreurs comme étapes normales d’apprentissage.
De plus, la démarche d’investigation scientifique est conçue telle qu’elle permet une démarche pédagogique différenciée. En effet, les élèves sont amenés à s’exprimer et réfléchir par plusieurs moyens : l’oral, l’écrit, le dessin le schéma etc. Les méthodes sont aussi diversifiées permettant ainsi à chaque élève de participer à l’investigation : observation, expérimentation, enquête, recherche documentaire (texte, image et vidéo). Cette recherche l’a aussi bien démontré, cette démarche est efficace pour tout type de profil d’élève tant dans les apprentissages que dans la possibilité de se rendre compte du cheminement parcouru.
Déjà convaincue par l’intérêt de l’enseignement des sciences, ce projet m’a permis de confirmer l’efficacité de la démarche d’investigation pour cet enseignement qui en plus très apprécié par les élèves (et par moi-même). Il serait d’ailleurs pertinent de leur apprendre les principes de cette démarche pour la mettre en œuvre le plus efficacement possible. Ce serait donc la méthode que j’emploierai en y ajoutant les temps de relevé des conceptions finales et de réflexion métacognitive à partir de leurs confrontations avec les conceptions initiales. Cette recherche m’a montré l’importance des évaluations formatives. Je n’hésiterai pas à en faire le plus souvent possible pendant chaque séance pour ce qu’elle apporte à l’enseignant comme à l’élève.
L’approche métacognitive me parait aussi donc importante dans l’enseignement : avant d’apprendre, il faudrait apprendre à apprendre, se connaitre, connaitre les méthodes et outils (domaine 2 du socle commun de connaissances, de compétences et de culture) et savoir s’autoévaluer pour se rendre compte des réels apprentissages, du chemin parcouru et ainsi produire un sentiment de satisfaction (ici bien ressenti par tous). De plus, ce sentiment nourrit la motivation, facteur clé de la réussite scolaire de tous les élèves. Ces aspects devraient être enseignés au plus tôt pour rendre l’élèvea utonome afin qu’il devienne un adulte informé et responsable de ses choix dans la société de demain

Table des matières
Remerciements 
Avertissement 
Sommaire 
Introduction 
1 ère Partie : Apports théoriques et problématisation 
1. L’enseignement des sciences
1.1 Généralités
1.2 Les conceptions initiales
1.3 La démarche d’investigation scientifique
1.4 Les productions écrites et orales
1.5 Les évaluations
2. Métacognition
3. Problématique et hypothèses
2 ème Partie : Méthodologie
1. Contextualisation
2. Présentation de la séquence support
2.1 Positionnement de la séquence dans les instructions officielles
2.2 Description
2.3 Déroulé des séances
3. Protocole
3.1 Le recueil de données
3.2 Méthode d’analyses de données
3 ème Partie : Résultats et discussion
1. Résultats
1.1 Retour sur la séquence
1.2 Les progrès identifiés par l’enseignant
1.3 Les progrès identifiés par les élèves
2. Discussion
2.1 Se rendre compte de ses progrès en comparant les conceptions initiales et finales
2.2 Se rendre compte de ses progrès grâce à la mise en mots des pensées par productions orales et écrites mais pas qu
Conclusion 
Bibliographie 
Table des illustrations 
Annexes

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