La didactique des sciences

Cette étude en didactique de la biologie s’inscrit dans une tentative exploratoire d’un rapprochement entre les croyances épistémiques d’apprenants et la représentation d’un système complexe à travers la caractérisation d’une pensée systémique.

À travers les lectures effectuées, nous nous sommes orienté vers les difficultés rencontrées par les élèves lorsqu’ ils sont confrontés à ce système. Nous avons également essayé d’entrevoir une solution qui permettrait de dépasser ces obstacles et faire que le concept enseigné soit intégré dans les connaissances de l’ élève. Nous en sommes arrivé à envisager une approche systémique de l’ apprentissage de ce concept et à prendre en compte les croyances épistémiques de l’élève quant à sa perception du savoir et son impact sur l’élaboration d’une représentation d’un système complexe.

La didactique des sciences et les représentations 

Notre étude s’inscrit avant tout dans le domaine de la didactique des sciences et principalement dans celui de la biologie. La didactique des sciences a pour but la production de nouvelles connaissances en ce qui a trait aux processus de transmission et d’ acquisition de connaissances scientifiques. Astolfi (2002) précise que la didactique travaille à la prise en compte des contenus d’ enseignement comme objets d’étude et à l’ approfondissement de l’ analyse des situations de classe. Comme l’ expriment Johsua et Dupin (2003),

  »on pourrait dire que la didactique d’ une discipline est la science qui étudie, pour un domaine particulier [ .. . ], les phénomènes d’ enseignements, les conditions de transmission de la « culture » propre à une institution (singulièrement ici les institutions scientifiques) et les conditions de l’acquisition de connaissances par un apprenant (p. 3). »

La didactique est avant tout spécifique à une discipline, elle analyse le processus de gestion des connaissances, des savoir-faire, des stratégies d’ appropriation et de l’évaluation de ces dernières. Elle réfléchit à la fois sur l’ amont des concepts enseignés et sur la manière dont ils sont enseignés et intégrés par les élèves avec comme point d’ entrée une réflexion sur les savoirs qui sont alors considérés comme des objets vivants, évolutifs et changeants. Son ambition est d’ étudier les processus d’enseignement et d’apprentissage en situation, en prenant en charge l’ évolution des rapports aux savoirs, des aspects sociaux, langagiers et relationnels qui structurent ces processus.

 »Tout le travail de la didactique consiste à rendre possibles des dispositifs didactiques composites, lesquels conduisent à des dépassements intellectuels, mais n’y conduiront que mieux s’ ils sont ancrés dans les structures cognitives de départ qu’il s’agit précisément de faire évoluer. (Astolfi et Develay, 1989, p.69) »

Cette notion de structures cognitives de départ qu’ évoquent Astolfi et Develay est un des piliers de la didactique des sciences. Tout élève possède déjà, avant tout apprentissage, une idée, une connaissance de la notion qui est considérée. Dès lors, la didactique des sciences s’ est intéressée à ce « déjà là », à cette représentation.

Emprunté à la sociologie (Durkheim, 1898; Moscovici, 1961) et à la psychologie (Therriault, 2008; Therriault, Harvey et Jonnaert, 2010), le terme « représentation » renvoie à « un ensemble cognitif organisé de manière spécifique, et régi par des règles de fonctionnement qui lui sont propres » (Therriault et Bader, 2009, p. 8). La représentation renvoie à la capacité que possède chacun d’ entre nous de (se) construire une image d’un objet, de penser à cet objet (Sallaberry, 1996). Elle est, de plus,   »une forme de connaissance, socialement élaborée et partagée, ayant une visée pratique et concourant à la construction d’une réalité commune à un ensemble social. Également désignée comme savoir de « sens commun » ou encore savoir naïf, naturel, cette forme de connaissance est distinguée, entre autres, de la connaissance scientifique. (Jode,let, 2003, p. 53)  »

C’est donc à la fois un processus et un produit d’une activité mentale. Nous entendons par « processus » le fait que chaque sujet élabore ou modifie sans cesse ses représentations, et ce, de manière « intracognitive ». Et « produit » du fait que lorsque le sujet décrit cette représentation, lorsqu’il la partage, elle devient la saisie d’un résultat à un moment précis du processus .

La didactique des sciences, avec la prise en compte des représentations mentales des élèves, représentations qui leur permettent d’interpréter les phénomènes qui les entourent, tente de produire des savoirs sur les conditions de passage d’une représentation initiale, et spontanée, à un modèle compatible avec le concept scientifique.

Dans le cadre des programmes officiels français et québécois de l’ enseignement de la biologie, il est explicité que cette discipline a pour but d’ aider à la construction d’une culture scientifique, et de participer à la formation de l’ esprit critique et à l’ éducation citoyenne dans un cadre social et culturel (ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport [MELS], 2007). Par ailleurs, la didactique des sciences s’ est intéressée depuis les années 80 à la notion de représentation de l’élève et à leur prise en charge dans l’environnement didactique, dans des domaines aussi variés que les mathématiques (Janvier, Charbonneau et de Cotret, 1989 ; Vergnaud, 1983), la physique (Désautels, 1989 ; Robardet, » 1997), mais aussi dans le domaine de la géologie (Orange Ravachol, 2003) et de la biologie (Astolfi, Peterfalvi et Vérin, 1991), notamment en ce qui concerne la circulation sanguine (Orange et Orange, 1995; Paccaud, 1994 ; Sauvageot-Skibine, 1993).

Depuis plusieurs années, nombre de chercheurs se sont aperçus qu ‘ ils ne pouvaient nier l’ existence de représentations que les élèves possèdent avant tout apprentissage (Cain et Dweck, 1995; Dweck, 2000; Giordan, Girault et Clément, 1994; Kinlaw et Kurtz-Costes, 2007; Mueller et Dweck, 1998). Selon eux, avant tout enseignement d’ une notion, quelle qu’ elle soit, l’ élève semble avoir déjà construit des représentations à travers ses expériences quotidiennes.

Ce savoir de « sens commun » se définit comme un ensemble de savoirs, immédiats et socio culturellement déterminés, à l’œuvre dans l’ action quotidienne (Jodelet, 2003; Moscovici, 2003) nourrie de prêts-à-penser qui peuvent s’ adapter aux contextes et se contredire. Ce que nous qualifions de représentations initiales. Ces dernières correspondent à une structure organisée comme un modèle explicatif, simple et logique, construit en fonction du niveau de connaissance de l’individu. Elles peuvent également être qualifiées de représentations sociales dans le sens où elles se construisent en fonction du contexte socioculturel et psychoaffectif de l’individu.

Comme De Vecchi (2003) l’exprime, nous pensons que c’est principalement ce pendant social de la représentation qui en fait une aide à l’apprentissage de nouveaux concepts. En effet, l’élève s’est probablement déjà constitué un ensemble de représentations qui peut être « faux» d’un point de vue scientifique, mais qui est fonctionnel dans sa vie quotidienne.

L’élève possède donc une structure cognitive sur laquelle il va s’appuyer pour donner un sens à la réalité perçue. De fait, toute information nouvelle sera traitée en fonction de cette représentation déjà présente. Différents auteurs (Lhoste, 2008 ; Orange, 2005) ont alors analysé l’environnement didactique s’appliquant à l’émergence et la prise en compte de ces représentations. D’un côté, il y a la représentation initiale, provenant d’une construction sociale et individuelle de l’élève, et de l’autre la représentation dite scientifique, telle qu’enseignée en classe. Ces deux savoirs semblent pouvoir coexister chez l’élève et il utiliserait l’un ou l’autre en fonction de la situation. Selon DiSessa (2004), l’élève conserverait les deux représentations, voire oublierait la représentation scientifique au fur et à mesure des années pour ne garder que celle qui possède une plus grande utilité dans sa vie quotidienne.

Un des concepts de biologie où nous retrouvons cette difficulté d’intégration du concept scientifique dans la vie quotidienne de l’élève est le concept de circulation sanguine.

Table des matières

INTRODUCTION 
CHAPITRE 1 
PROBLÉMATIQUE
1.1 La didactique des sciences et les représentations
1.2 Le concept de circulation sanguine
1.3 La circulation sanguine et son apprentissage
1.4 L’approche systémique et la pensée systémique
1.5 L’épistémologie personnelle
1.6 Le problème de recherche
1. 7 La pertinence de la recherche
CHAPITRE II 
CADRE CONCEPTUEL ET THÉORIQUE 
2.1Du concept aux représentations
2.1.1La référence au concept
2.1.2Concepts quotidiens par rapport aux concepts scientifiques
2.1.3Concept scientifique
2.2Les représentations
2.2. 1Les connaissances ou les croyances?
2.3Les représentations sociales
2.3.1De la représentation sociale à la représentation cognitive
2.3.2Une définition opératoire
2.4L’épistémologie personnelle
2.4.1Diverses approches de l’épistémologie personnelle
2.4.2Trois paradigmes de l’épistémologie personnelle
2.4.3D’une approche multidimensionnelle à l’ approche « double track »
2.5Le système complexe et l’approche systémique
2.5.1Le développement de l’approche systémique
2.5.2D’une approche systémique à la notion de système complexe
2.5.3Le concept de système
2.5.4 L’approche systémique et l’ éducation
2.5.5 Un système complexe : la circulation sanguine
2.5.6 La circulation sanguine comme système complexe
2.5.7 La pensée systémique et les habiletés cognitives
2.6 Objectifs de recherche
CHAPITRE III 
MÉTHODOLOGIE 
3.1 Les croyances épistémiques et la représentation
3.1.1 Le questionnaire portant sur les croyances épistémiques
3.1.2 Le choix de l’instrument
3.2 La représentation d’ un système complexe
3.2.l Les situations problème présentée aux élèves
3.2.2 Le dossier de presse remis aux élèves
3.2.3 La construction des ateliers présentés en classe
3.2.4 Le cahier de science présenté aux élèves
3.3 Le raisonnement de l’élève quant à l’élaboration d’un système complexe 93
3.4Opérationnalisation et instrumentation de la méthodologie retenue
3.5L’ échantillonnage
3.6Les critères de l’ analyse et la pertinence quant aux divers concepts
3.6.1Les croyances épistémiques
3.6.2La représentation d’ un système complexe
3.6.3 . La construction d’une représentation d’un système complexe
3.7 Les temps de l’ analyse
CHAPITRE IV 
ANALYSE DES RÉSULTATS 
4.1 Les caractéristiques de la pensée systémique
4.1.1 La perception structurelle
4.1.2 La perception dynamique
4.1.3 La perception cyclique
4.1.4 La perception temporelle
4.1.5 Analyse comparative des perceptions
4.2Les croyances épistémiques démontrées par les élèves
4.2.1La source du savoir
4.2.2La certitude du savoir
4.2.3Le développement du savoir
4.2.4La justification du savoir
4.3La représentation par les élèves d’un système complexe
4.3.1La complexité de la représentation chez les élèves
4.3.2Le caractère holistique de la représentation chez les élèves
4.4La description de la circulation sanguine comme système complexe
4.4.1Le modèle « Structure, Comportement, Fonction » (SCF)
4.4.2La variation du modèle SCF et l’ impact du cahier de science
4.5 Mise en relations entre croyances épistémiques, représentation du système
complexe et pensée systémique
4.5.1 Les croyances épistémiques et la représentation d’ un système complexe
4.5.2 La réflexion de l’ élève sur la compréhension d’ un système complexe
4.5.3 Les croyances épistémiques et la réflexion de l’élève sur l’élaboration d’un complexe
4.6 Conclusion
CHAPITRE V 
DISCUSSION 
5.1 La représentation d’un système complexe
5. 1.1 La représentation schématique
5.1.2 Le caractère holistique de la représentation
5.2 Les croyances épistémiques
5.2.1 La source du savoir
5.2.2 La certitude du savoir
5.2.3 Le développement du savoir
5.2.4 La justification du savoir
5.3 L’ élaboration d’un système complexe
5.3. 1 Les caractéristiques de la pensée systémique
5.3.2 La description d’ un système complexe
5.3.3 La réflexion de l’ élève sur la compréhension d’ un système complexe
5.4 L’ incidence des croyances épistémiques
5.4.1 Croyances épistémiques et représentation
5.4.2 Croyances épistémiques et réflexion
CONCLUSION

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