Soutenance mémoire
Le contenu des instructions officielles
Afin de commencer dans ce sujet, et afin de poser le cadre théorique, nous nous sommes intéressés dans un premier temps au contenu des instructions officielles (IO) et par suite à voir si les objectifs des IO peuvent être atteints en classe grâce notamment à ce qui est dit dans les manuels (ce qui constitue le principal support pour introduire de l’EHST pour les professeurs) ainsi que dans les ressources en ligne disponibles à leur intention sur le site d’Eduscol. L’article [Fauque, 2006] se finit sur une dernière partie intitulée « Évolution de la présence de l’HST dans les programmes officiels de l’enseignement secondaire général, dans le cas particulier des sciences physiques ». Il y est dit que l’HST apparaît dans les programmes officiels suite à la réforme du lycée de 1979. Sa mise en place est accentuée avec les nouveaux programmes de 1993 qui sont accompagnés d’une importante bibliographie selon l’auteure. Pour autant, il est bien précisé que cette introduction d’éléments d’HST dans l’enseignement ne concerne que la filière Scientifique. L’histoire des sciences est par la suite intégrée dans les programmes du collège en 2005, particulièrement dans les « thèmes de convergence ». Il est alors souligné, comme nous en avons déjà fait l’hypothèse, que l’HST peut être utilisé au travers de travaux interdisciplinaires. Il n’est donc pas explicité de compétences spécifiques à l’HST mais simplement dit qu’il est nécessaire d’en introduire dans les cours aussi bien au collège qu’au lycée. Le problème réside dans l’application réelle en cours qui est faite de ces consignes.
L’HST et les sciences de l’éducation
Dans cet objectif, nous allons désormais étudier ce qui est dit à propos du lien à faire entre sciences de l’éducation et l’HST. On trouve ainsi dans [Gooday, Lynch, Wilson, Barsky 2008 : 322] le fait qu’utiliser l’HST permet de faire mieux saisir l’intérêt pédagogique voire de rendre les étudiants de meilleurs praticiens des sciences, mais que son intérêt s’étend également au-delà des études en sciences mais bien à l’école en général, voire au-delà du cercle académique habituel. Il ressort principalement que l’étude de l’HST dans les études scientifiques permet de faire comprendre aux étudiants comment la recherche en sciences est menée. L’histoire des techniques pour les formations en physique appliquée et ingénierie permet de voir l’importance de l’aspect socio-économique dans le développement de nouveaux artefacts. De plus, il ressort aussi l’aspect de l’interdisciplinarité qui est important à développer pour mieux exceller dans sa discipline, et la rendre plus intéressante et concrète. Les auteurs soulignent ensuite qu’étudier l’HST montre le véritable aspect des sciences, à savoir quelque chose de complexe à construire, contrairement à ce que beaucoup d’enseignants ou scientifiques tentent de montrer (p. 324), la science « bien construite » découlant d’une théorie à l’autre d’une manière logique car toujours améliorée. De plus, l’HST permet de mieux comprendre la lecture d’une source secondaire (un article de recherche compilant les résultats issus de dizaines d’articles afin de formuler une théorie par exemple) à partir des sources primaires sur lesquelles elle est basée (choix des données pertinentes, mise en avant ou retrait de certains faits en justifiant, etc.) : Moreover, they can learn that one route to intellectual independence from fallible secondary sources is to learn to rely judiciously on other, more trustworthy authorities—notably primary sources. [Gooday, Lynch, Wilson et Barsky 2008 : 325] Les auteurs expliquent ensuite plus en détail l’intérêt majeur de l’étude de l’HST selon eux : Arguably most important is the understanding of the broader processes of science that studying its history can uniquely offer. The key role of history here is characterizing the complexities of how science changes. So many science textbooks unhelpfully—and above all inaccurately—cultivate a rather static image of scientific disciplines, as if they were completed with comprehensive certainty. It is perhaps not difficult to understand how this gross oversimplification might arise as the result of a pedagogical need to “tidy up” the presentation of science to meet the needs and capacities of students. But faced with the textbook spectacle of such an apparently unalterable monolith, is it any wonder that students can have difficulty conceiving how they might ever contribute to science? By contrast, studying the history of science as a process of perpetual flux and innovation can cultivate their expectations of how they might contribute to future forms of its change, especially by interactions with medicine and technology. Moreover, if student expectations are better attuned to open-endedness in the character of science, they can more readily appreciate the incompleteness and fallibility of models and theories they regularly (and thus perplexingly) have to discard as they encounter each new stage of their curriculum. Much more of science thus becomes comprehensible through study of its history—and in ways that cannot easily be addressed by scientists working within a time-pressured science curriculum.5 [Gooday, Lynch, Wilson et Barsky 2008 : 326] Ce long passage résume bien à la fois notre façon de penser sur l’utilité de l’HST, et à la fois son véritable but dans la démarche scientifique de manière générale. L’HST permet de mettre les sciences dans leur contexte historique et sociologique, de voir l’importance de la société sur celles ci et en sens inverse, et de voir que tous ces processus ne sont nullement fixes et ne suivent pas qu’une seule ligne directrice. L’article se termine en soulignant que l’HST peut permettre de combattre les créationnistes et anti-évolutionnistes aux États-Unis également. 5 « Le plus important est sans doute la compréhension de la progression de la science de façon plus large, ce que l’étude de son histoire peut offrir de manière unique. Le rôle clé de l’histoire est ici de caractériser la complexité de la manière dont la science évolue. Ainsi, beaucoup de manuels de sciences inutilement – et surtout de façon inexacte – cultivent une image plutôt figée des disciplines scientifiques, comme si elles étaient achevées avec une certitude totale. Il n’est sûrement pas difficile de comprendre que cette simplification grossière puisse résulter d’un besoin pédagogique « d’organiser » la présentation de la science aux élèves pour répondre à leurs besoins et à leurs capacités. Mais face au spectacle d’un tel bloc monolithique apparemment inaltérable, est-il vraiment étonnant que les élèves aient du mal à concevoir comment ils pourraient apporter une quelconque contribution à la science ? En revanche, étudier l’histoire de la science comme un processus de changements perpétuels et d’innovations peut faire grandir en eux leur espérance de pouvoir contribuer aux formes futures de son changement, notamment par les interactions avec la médecine et la technologie. Par ailleurs, si l’esprit des élèves est plus ouvert à la nature profonde de la science, ils peuvent plus facilement estimer l’incomplétude et la faillibilité des modèles et des théories qu’ils ont régulièrement dû abandonner à chaque nouvelle étape de leurs études. Un bien plus grand pan de la science devient ainsi compréhensible par l’étude de son histoire et d’une manière qui ne peut être facilement traitée par des scientifiques pressés par le temps. » L’article [Palter, 1974] prend en partie le contre-pied de notre discours car l’auteur n’est pas convaincu qu’une amélioration de l’éducation des sciences, grâce notamment à l’HST, puisse jouer sur la capacité d’un élève à acquérir un esprit scientifique. Mais à défaut de cela l’auteur estime qu’une amélioration du cheminement scientifique de l’élève peut produire sa meilleure compréhension de la science. Ainsi, Palter insiste sur le fait que la science a toujours fait, dans l’histoire, l’objet de controverses et qu’encore aujourd’hui le consensus n’est jamais ni parfait ni statique. L’hypothèse de l’auteur est que l’esprit scientifique dépend beaucoup des manuels de la formation scientifique d’un élève. Pour un enseignant, l’attitude à prendre vis-à-vis des manuels scolaires doit être sans parti pris. La nécessité de ces dispositifs pédagogiques doit être considérée comme une simple partie des faits naturels dans l’ensemble complexe des institutions sociales que constituent aujourd’hui la recherche scientifique. Pour autant, comme discuté ci-après, les manuels ne sauraient constituer une source tout à fait fiable. Ceci est probablement à remettre dans le contexte de l’article, l’auteur étant américain et l’article datant de 1974. Le critère que l’auteur considère d’une certaine importance dans l’évaluation d’un manuel de science est la précision avec laquelle elle reflète l’état actuel de la recherche sur des sujets scientifiques pertinents. Or la plupart des manuels scolaires donnent l’impression qu’aucune recherche n’est faite sur de nombreux sujets abordés. L’auteur prend pour exemple la mécanique classique où, récemment, un grand nombre de résultats nouveaux et importants ont été publiés en exprimant des lois de l’espace-temps (mécanique classique non-linéaire) d’abord introduite dans les formulations de la mécanique relativiste. Ainsi la constante progression des connaissances ne doit pas être, selon l’auteur, cachée des élèves. Une chose que l’auteur trouve absente dans les deux principales conceptions de l’histoire des sciences, que ce soit chez Popper (conjectures et réfutations) ou chez Kuhn (résolution de problèmes scientifiques normaux ponctués occasionnellement par une révolution scientifique), est le manque de cohérence avec les détails réels de l’histoire des sciences. Ces deux conceptions tendent à considérer l’image de la progression scientifique dans un domaine comme une seule progression ou un seul courant dans lequel une hypothèse est continuellement remplacée par une autre (Popper), ou dans laquelle un grand nombre de solutions de problèmes paradigmatiques s’accumulent jusqu’à ce qu’un nouveau paradigme adaptant à la fois les solutions de problème antérieures et les anomalies émerge pour remplacer le paradigme précédent (Kuhn). Ce sont dans les deux cas des conceptions unilinéaires. Le point de vue de l’auteur est que l’histoire des sciences doit être imaginée comme un modèle historique multilinéaire où une théorie donnée doit être représentée non pas par une seule ligne, mais par un faisceau de lignes provenant d’un point commun, lui-même issu de la confluence de plusieurs lignes antérieures.
Activité sur des modèles historiques de l’atome
La première activité que j’ai conçue et mise en place en classe consiste en une recherche documentaire suivie d’une présentation devant les autres élèves, traitant de divers modèles historiques de l’atome. L’activité se déroule en séance de TP de 1h30 en salle informatique. Les élèves avaient à disposition un document comportant un ou des extraits d’une ou deux sources secondaires présentant un modèle historique de l’atome. Ces modèles choisis couvrent volontairement une grande période historique et « géographique » afin de voir des modèles traitant d’un même sujet, à savoir l’atomisme, dans des contextes complètement différents (culture, philosophie, histoire, période, modalités de son étude, etc.). Les exemples choisis sont ainsi l’atomisme de Démocrite et Leucippe dans la Grèce Antique (sujet 1), l’atomisme indien et les quatre éléments de la philosophie aristotélicienne afin de faire un parallèle avec celui des indiens (sujet 2), l’atome selon John Dalton du début du XIXe siècle (sujet 3), celui de J. J. Thomson un siècle plus tard (sujet 4) et les modèles de Rutherford et Bohr qui font suite au précédent (sujets 5 et 6, ce dernier étant reporté en annexe B1) dans une période de forts changements dans l’ensemble des principaux domaines de la physique. Les consignes étaient d’analyser par groupe de 2 ou 3 les extraits proposés afin d’en extraire les informations les plus importantes, puis reporter celles-ci dans la trame de diaporama proposée, et compléter ainsi la première diapositive avec les noms, prénoms et le sujet, les deux suivantes avec les informations retenues et la quatrième qui servira de résumé du modèle, se basant si possible sur une représentation picturale du modèle à légender. Les vingt dernières minutes de la séance serviront au passage à l’oral des différents trinômes. Les quatre séances (avec les deux classes) ont permis de traiter les 6 sujets quatre fois, ce qui permet de mieux saisir ce qui a été bien compris et ce qui a été plus difficile pour les différents élèves. La constitution des groupes était libre mais connaissant désormais assez bien les élèves, je savais qu’en se plaçant par affinités, ils se placeraient également globalement par niveau d’intérêt ou de facilités en Physique-Chimie ce qui m’a permis de faire de la pédagogie différentiée à partir d’un même sujet. Enfin, une question en lien avec cette activité était posée au devoir surveillé suivant afin de voir ce que les élèves avaient pu en retenir. Les résultats de celle-ci, des productions d’élèves et une analyse plus poussée sur les difficultés et les résultats est proposée dans la partie suivante de ce mémoire.
Activité sur l’histoire de l’aspirine
Cette activité rentre dans le cadre du programme de 2nde de physique-chimie du B.O., dans le thème « La santé » (partie : « Les médicaments »). Elle a deux objectifs précis :
• Savoir que certains matériaux proviennent de la nature et d’autres de la chimie de synthèse.
• Comprendre le rôle de la chimie de synthèse.
Le plan de l’activité est le suivant (le texte de l’activité que j’ai mené étant reporté en Annexe C) :
1. Un texte relatant l’obtention, l’utilisation et l’étude par l’Homme des composés salicylés (salicyline, acide salicylique et acide acétylsalicylique) comme analgésique à travers l’histoire.
2. Un questionnaire qui interroge les élèves sur leur compréhension du texte ainsi que l’analyse qu’ils en tirent.
A la fin de l’activité, l’enseignant attend que les élèves comprennent du texte les points suivants :
• L’Homme a utilisé les composés salicylés pour calmer les douleurs et fièvres dès l’Antiquité.
• Que les composés salicylés furent obtenus dans un premier temps par l’extraction des plantes (feuilles de saule, reine-des-prés ou spirée).
• Que pour un souci de rendement, la synthèse chimique des composés salicylés (acide salicylique) fut privilégiée au détriment de l’extraction des plantes.
• Que dans un souci de supprimer (ou d’atténuer) les effets néfastes (brûlures et hémorragies gastriques), l’option de synthétiser de nouveaux composés non-naturels aux propriétés différentes, fut envisagée.
Une première remarque en bilan de l’activité menée par Nicolas est de constater qu’elle s’est avérée trop longue. La deuxième partie de la séance n’a pas pu être réalisée dans le temps imparti et il a été demandé aux élèves de la terminer à la maison (finalement l’activité a été terminée en présence de l’enseignant lors de la séance suivante). Ce qu’ont principalement retenu les élèves sont, d’une part, le fait que les feuilles de saule furent utilisées dès l’Antiquité pour leurs propriétés antalgiques et antipyrétiques, et d’autre part, que l’extraction des plantes fut abandonnée pour des raisons écologiques. Toujours pour le troisième objectif, la raison économique n’a pas été évoquée. Le texte ne l’explicitant pas, il était trop ambitieux d’attendre une telle déduction de la part des élèves. De plus la notion de rendement n’a pas été encore vue en séance. Le quatrième objectif n’a pas non plus été remarqué par un seul élève et ce malgré que les effets néfastes de l’acide salicylique sont clairement évoqués. La principale difficulté rencontrée par les élèves fut au niveau de la lecture, et plus précisément du vocabulaire. De nombreux mots du texte (exemple : empirique, thérapeutique, antalgique, stomacal) leur étaient inconnus. Cet obstacle a considérablement freiné leur lecture et leur a, évidemment, empêché de comprendre une grande partie du texte. Par voie de conséquence, de nombreux élèves se sont vus dans l’incapacité de répondre aux questions de l’activité. Par ailleurs, l’insertion de quelques illustrations (formules topologiques des composés salicylés, photographie du premier flacon d’aspirine) dans le texte, changeant ainsi son format, a perturbé également les élèves. Cette activité dont le déroulement décris ici a donc été menée par Nicolas. Elle a été reprise par moi-même dans une de mes classes en m’appuyant sur les remarques formulées par Nicolas afin de tenter d’améliorer la séance proposée (avec notamment l’utilisation d’une aide lexicale), deux de nos classes ayant à peu près le même profil. Les résultats et productions d’élèves issues de ma reprise de cette activité sont alors donnés dans la partie suivante, ainsi qu’une analyse complète.
Modalités et déroulement de l’activité
Un premier aspect attendu et qui s’est vérifié est que cette activité permettait de faire de la différentiation pédagogique, ce qui est d’autant plus intéressant qu’elle utilise l’interdisciplinarité ce qui a tendance à creuser les écarts entre les élèves, entre ceux bien intégrés au sein du système du lycée et ceux qui le sont moins. En effet, les sujets (dont le n°6 est reporté en annexe B1) n’étaient pas d’une même difficulté, et celles-ci n’étaient pas du même type selon l’atomisme qui était à étudier. Ainsi, le sujet sur l’atome de Bohr était le plus complexe au niveau de la physique et a donc été réservé au groupe semblant avoir le plus de facilités avec la Physique-Chimie, ce qui a été concluant trois fois sur les quatre (le dernier groupe ayant été choisi par défaut par mes soins, et j’ai eu à fortement aider ce trinôme même si deux des trois élèves semblent bien avoir saisi l’aspect scientifique et historique de ce modèle au bout du compte). Le sujet concernant le modèle de Thomson était d’une difficulté intermédiaire concernant la physique et a donc été réservé à des groupes plutôt sérieux et ne présentant pas de fortes lacunes a priori pour la matière. Le sujet sur l’atomisme indien était quant à lui plus compliqué non pas concernant la physique mais bien concernant la philosophie intrinsèque à cet atomisme, complexe et avec de nombreuses imbrications avec les croyances, l’histoire et les modalités de la science dans cette civilisation indienne d’avant notre ère. Un binôme a pour autant extrêmement bien réussi à saisir l’ensemble de ces aspects ainsi qu’à faire le parallèle avec les quatre éléments dans la théorie aristotélicienne (leurs travaux sont reportés en Annexe B2). Ce sujet était donc réservé aux binômes impliqués qui pour autant n’ont pas forcément beaucoup d’affinités avec la Physique-Chimie. Le sujet sur l’atomisme chez les Grecs Anciens était quant à lui complexe par l’abstraction historique qu’il nécessitait (ce à quoi je ne m’étais pas attendu, cette civilisation étant travaillée en cours d’Histoire-Géographie dès la 6e et même également au cours du Primaire). Certains élèves ont alors butté sur cette difficulté liée à la contextualisation de la théorie décrite ; d’autres au contraire ont réussi à saisir ceci et produire ainsi un travail très complet et convainquant concernant le lien entre les disciplines de l’histoire et de la physique. Les deux derniers sujets étaient quant à eux moins complexes à aborder pour les élèves, probablement car il s’agit des modèles servant de base aux cours du collège. En effet, l’atome est considéré comme quelque chose d’immuable dans le programme de Quatrième (ancien programme) car il se « conserve » au cours des réactions chimiques, et sa modélisation est faite au travers de celles des molécules représentées avec les modèles moléculaires, c’est-à-dire des boules de plastique solides, sans les idées d’électron et de noyau ; ceci correspond donc fortement au modèle de Dalton, dans lequel la taille des atomes change quand les éléments sont différents. Le modèle de Rutherford correspond quant à lui au programme de Troisième dans lequel il est écrit « Constituants de l’atome : noyau et électrons. Structure lacunaire de la matière. ». Ces deux modèles étaient donc donnés aux trinômes ayant le moins d’affinité avec la Physique-Chimie. A noter que des élèves m’ont signalé que cette activité avait déjà été faite dans leur cours de l’année de Troisième (3 occurrences). Les modèles étaient alors Grecs Anciens, puis Dalton, puis Rutherford. Cette filiation directe est ce que j’ai tenté d’éviter au cours de cette séance.
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Table des matières
1. Introduction générale
1.1 Présentation de la thématique
1.2 Choix du thème
1.3 Construction du sujet de recherche
2. Cadre théorique
2.1 Les instructions officielles
2.1.1 Le contenu des instructions officielles
2.1.2 Travaux en lien direct avec les instructions officielles
2.2 Analyse d’articles de recherche en sciences de l’éducation
2.2.1 Introduction de cette partie
2.2.2 Évolution de l’intégration de la HST dans les programmes du Secondaire
2.2.3 L’HST et les sciences de l’éducation
2.2.4 La formation des enseignants en HST
2.2.5 Lien entre théorie et pratique : exemple des microworlds et historique des théories du mouvement
3. Présentation d’activités proposées à des classes de Seconde
3.1 Activité sur les conceptions des lois du mouvement
3.2 Activité sur des modèles historiques de l’atome
3.3 Activité sur l’histoire de l’aspirine
3.4 Activité présentant la méthode de Mendeleïev pour la classification des éléments
3.5 Activité sur l’étymologie des noms d’éléments
3.5.1 Activité menée par Gabriel
3.5.2 Activité menée par Nicolas
3.6 Historique sur les expériences sur la radioactivité de Becquerel
4. Analyse du déroulement des séances et des productions d’élèves
4.1 Analyse de l’activité sur les modèles historiques de l’atome
4.1.1 Modalités et déroulement de l’activité
4.1.2 Objectifs de l’activité et production d’élèves au cours de la séance
4.1.3 Analyse des réponses à une question en lien posée lors du DS suivant
4.2 Analyse de l’activité sur l’histoire de l’aspirine
4.2.1 Changements par rapport à l’activité proposée par Nicolas et détail des questions
4.2.2 Déroulement de l’activité et analyse des productions d’élèves
4.3 Analyse de l’activité présentant la méthode de classification des éléments de Mendeleïev
4.3.1 L’intérêt d’étudier la classification de Mendeleïev d’un point de vue historique
4.3.2 Déroulement de l’activité
4.3.3 Analyse des réponses des élèves à la question en lien avec l’activité lors du DS suivant
4.4 Analyse de l’activité sur les expériences de Becquerel
5. Conclusion
6. Annexe A – Énoncé de l’activité sur les conceptions des lois du mouvement
7. Annexe B1 – Exemple de texte proposé pour l’activité sur les modèles historiques de l’atome : le modèle de Bohr
8. Annexe B2 – Travaux d’élèves sur l’atomisme indien
9. Annexe C – Énoncé de l’activité sur l’histoire de l’aspirine
10. Annexe D1 – Énoncé de l’activité sur la démarche de Mendeleïev pour la classification périodique des éléments
11. Annexe D2 – Image projetée dans le cadre de l’activité présentant la méthode de classification de Mendeleïev
12. Annexe E – Énoncé de l’activité sur les expériences sur la radioactivité de Becquerel
13. Bibliographie
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