Quel lien existe-t-il entre le langage et les sciences ? 

Enseigner les sciences à l’école

De la leçon de chose à la démarche d’investigation

Le document intitulé « l’enseignement des sciences et de la technologie à l’école primaire » publié par l’inspection générale de l’éducation nationale en Septembre 2000 fait part de l’évolution de l’enseignement scientifique à l’école primaire.
L’enseignement des sciences date du début du 18ème siècle avec l’apparition des écoles techniques mais ce n’est qu’à la fin de ce siècle qu’il fait son entrée dans les écoles primaires.
Dans le décret du 18 Janvier 1887 apparaît les termes de « leçons de choses ». Inventée en Grande-Bretagne et au Etats-Unis courant du 19ème siècle, la leçon de choses permet, comme son nom l’indique, d’apprendre par les choses. Plus précisément c’est « apprendre à lire dans le monde visible qui nous entoure l’évidence des relations qui lient entre eux les objets et les phénomènes » (Hébrard, 1997). Cette façon d’enseigner les sciences peut donner lieu à des expériences. Ces dernières n’ayant pas pour but de valider ou non des hypothèses mais plutôt d’attirer l’attention des élèves en observant un phénomène à un moment choisi par l’enseignant.
Au 20ème siècle, de nouveaux éléments font évoluer l’enseignement des sciences :
– en 1902, apparaissent les « travaux pratiques » dans le second degrés, permettant aux élèves la réalisation d’expériences
– dans le premier degré, l’arrêté du 23 Février 1923 précise les horaires des sciences physiques et naturelles et les instructions officielles préconisent aux enseignants d’utiliser une méthode expérimentale ;
– la création d’une nouvelle discipline en 1970 : la technologie.
Dans les années 70, les activités d’éveil voient le jour ce qui donne une forte impulsion à l’enseignement des sciences. En 1969, l’éducation nationale instaure le tiers temps pédagogique. Les journées des écoles sont donc découper en trois temps : un temps pour les domaines fondamentaux, un pour l’éducation physique et enfin un pour les activités d’éveil. Ces activités regroupent différentes disciplines qui sont l’histoire, la géographie, les sciences et les travaux manuels. Leur enseignement s’appuie sur le modèle du constructivisme et doit être abordé de manière active pour ainsi éveiller les esprits des élèves.
L’enseignement des sciences doit alors s’appuyer sur des situations proches du vécu des élèves soulevant une situation problème entrainant des questionnements scientifiques.
Depuis 1985, l’enseignement des sciences et de la technologie continue d’évoluer notamment avec le plan de rénovation de l’enseignement des sciences et de la technologie à l’école (PRESTE) en Juin 2000 et l’opération main à la pâte.

Qu’est-ce que la démarche d’investigation ?

Inspirée par une méthode utilisée aux Etats Unis, Georges Charpak, fondateur de « La main à la pâte » a voulu repenser l’enseignement des sciences et de la technologie afin d’améliorer la formation des élèves et de la rendre plus présente au sein des écoles. Cette réflexion a donné place à une démarche rendant l’élève plus autonome, s’approchant de celle des scientifiques et qui est la démarche d’investigation (Charpak, 1996). En effet, elle permet à l’élève d’être acteur dans ses apprentissages en se questionnant et en s’appropriant le problème. Il faut donc que la situation de départ l’intéresse, le motive pour qu’il s’investisse dans cette démarche et qu’il donne du sens à l’investigation.
L’attitude interrogative est un réel apprentissage puisqu’elle permet d’entretenir la curiosité des élèves et de développer un esprit critique. Cependant, il ne suffit pas d’observer un phénomène pour en déduire des connaissances (exemple de l’origine du géocentrisme) mais plutôt de procéder par des phases de tâtonnement pour trouver une conclusion cohérente à l’observation et construire des liens de cause à effet. Dans cette démarche, l’enseignant doit valoriser l’erreur et mettre en avant l’investissement des élèves et le déroulement de la recherche plutôt que le résultat. L’erreur fait partie du processus d’apprentissage et permet de progresser. Les élèves devront également verbaliser ce qu’ils pensent obtenir en testant leurs hypothèses afin de développer une pensée rationnelle.
Il semble intéressant de rappeler que les activités scientifiques sont des activités sociales contrairement aux aprioris des élèves concernant le savant fou et seul dans son laboratoire, stéréotype de nombreux dessins animés. Cette socialisation se fait de manière progressive. Initialement, l’élève fait lui-même et pour lui-même (essentiellement en maternelle) or, le travail scientifique est un travail d’équipe qui engendre la participation de plusieurs personnes alliant parfois différents domaines. C’est un des objectifs des sciences à l’école primaire : apprendre à travailler en groupe de manière collective pour arriver à un but final commun. Ces échanges sont organisés et guidés par l’enseignant qui joue un rôle important dans le déroulement de la séquence.
Le tableau suivant expose les différentes étapes généralement présentes dans la démarche d’investigation.
Lors de son enseignement en sciences, le professeur des écoles s’appuie sur ses savoirs et ses expériences avec le monde, or ce ne sont pas les mêmes que les élèves surtout si ces derniers sont très jeunes. Il va donc falloir faire ressortir dans un premier temps les représentations des élèves concernant le vivant et la matière avant d’apporter de nouvelles connaissances. En effet, selon Gaston Bachelard, « un esprit n’est jamais jeune quand il se présente à la culture scientifique » (Bachelard, 1970) ; en fonction de leur vécu, les élèves auront des représentations concernant les thèmes abordés. Sans cette procédure, les élèves risqueraient de mélanger leurs représentations subjectives avec les savoirs qui seront apportés et par conséquent construire des connaissances erronées.
D’autre part, jusqu’à l’âge de 11 ans, l’enfant prend comme vérité ce qu’il voit du monde, d’après Piaget (Piaget, 1996); il va donc fonder ses représentations appelées aussi conceptions initiales selon son propre point de vue. Les enfants de 7-8 ans font encore preuve d’égocentrisme et manquent d’objectivité donc « seule sa vision du réelle est vraie ».
Les représentations des élèves ont plusieurs origines possibles, c’est ce qu’explique Jean-Pierre Astolfi, spécialiste de la didactique des sciences. On distingue celles qui sont :
– liées à des caractéristiques de la pensée enfantine : elles font référence aux différents stades du développement de Piaget et notamment aux principes d’animisme, finalisme et artificialisme mais aussi égocentrisme et croyance ;
– liées aux apprentissages antérieurs ;
– liées à la société et transmises par les médias, les livres et les adultes qui entourent les élèves. (Astolfi et all., 1997)
Afin de palier ces obstacles, la démarche d’investigation peut être une méthode pour valider ou rejeter des hypothèses s’appuyant sur les représentations des élèves.
En élaborant sa séquence, l’enseignant doit donc s’informer sur les obstacles épistémologiques que vont rencontrer ses élèves et tenir compte des travaux effectués sur le développement de l’enfant.

Le choix de cette démarche

D’une manière générale, la démarche d’investigation permet le renouvèlement de l’enseignement des sciences. Les effets de cette démarche sont doubles : d’un point de vue économique, elle permet de rendre l’image des sciences plus attractive et ainsi attirer plus de jeunes dans les parcours scientifiques, d’autre part, elle permet aux enseignants de faire des liens entre les sciences et les autres disciplines et d’être dans une démarche inductrice. (COQUIDE et all., 2009)
Elle se différencie donc des autres démarches dites de « présentation » ou « d’illustration » puisqu’elle est basée sur une observation des faits amenant à une construction des lois. En plus de cela, la démarche d’investigation repose également sur la présence d’un réel problème posé aux élèves ce qui les conduiront à émettre des hypothèses.
D’autre part, la démarche d’investigation est citée dans le PRESTE : « L’approche pédagogique qu’il induit est fondée sur le questionnement et sur l’investigation, constitutifs des disciplines scientifiques. » (BOEN du 15 Juin 2000) Cela montre l’importance de cette démarche dans l’enseignement scientifique d’aujourd’hui.

Formulation problématique

À travers nos recherches sur l’enseignement des sciences et de la technologie à l’école nous pouvons constater que ce dernier a beaucoup évolué depuis son apparition.
La démarche d’investigation, préconisée par les programmes et souvent mise en place dans les classes, s’inscrit dans le socioconstructivisme de part l’importance du travail en groupe et par la prise en compte des pensées des élèves (conceptions initiales, hypothèses, conclusion liée aux observations) permettant de rendre l’élève acteur dans son apprentissage.
Concernant la mise en pratique de cette démarche, un constat revient souvent : la place du langage est minime par rapport à ce qu’il est attendu. Les élèves parlent peu contrairement au professeur qui reste trop dirigeant et transmissif. Pensant mettre en place la démarche d’investigation, certains enseignants permettent simplement aux élèves de manipuler à travers diverses expériences et dressent un bilan à leurs élèves. C’est pourquoi nous nous sommes orientées vers la problématique suivante : en quoi le langage de la démarche d’investigation peut-il favoriser la construction des savoirs en sciences au cycle 1 ?
Les hypothèses qui en ressortent sont doubles. D’une part, nous pensons que le langage serait un moyen pour les élèves de mieux s’approprier les savoirs scientifiques et d’autre part que le langage permettrait une meilleure mémorisation des savoirs sur le long terme (un mois).

Méthode

Pour répondre à notre problématique, nous avons dû tenir compte de la programmation mise en place dans nos classes afin de choisir le sujet des séquences pour réaliser notre étude.
Nous avons sélectionné le domaine « explorer le monde » pour mettre en place la démarche d’investigation. Bien que cette méthode puisse être utilisée dans la plupart des domaines, elle reste principalement attachée aux sciences et à la technologie dans la plupart des classes.
De plus, l’étude du langage en contexte scolaire étant relativement complexe à mettre en place et à analyser, nous avons mis en place un dispositif qui nous est familier.
Au cours de la période 3, il était prévu de travailler sur l’eau, sujet figurant dans les nouveaux programmes de maternelle publiés par le Ministère de l’Education nationale en 2015 : « Une première appréhension du concept de matière est favorisée par l’action directe sur les matériaux dès la petite section. Les enfants s’exercent régulièrement à des actions variées (transvaser, malaxer, mélanger, transporter, modeler, tailler, couper, morceler, assembler, transformer). Tout au long du cycle, ils découvrent les effets de leurs actions et ils utilisent quelques matières ou matériaux naturels (l’eau, le bois, la terre, le sable, l’air…) ou fabriqués par l’homme (le papier, le carton, la semoule, le tissu…). » Pour aborder la thématique de l’eau avec les élèves, nous avons élaboré deux séquences dont la description sera donnée à postériori. La première concerne la distinction entre solide et liquide et la deuxième est centrée sur la différenciation de deux états physiques de l’eau (solide et liquide).

Participants

Deux classes ont participé à cette étude dont les effectifs sont précisés dans le tableau ci-dessous.
Pour connaître l’influence du langage dans l’acquisition des savoirs scientifiques en maternelle, nous avons fait le choix de créer deux groupes distincts : un où la place du langage serait importante dans la démarche d’investigation (émissions d’hypothèses, descriptions des actions accomplies, explicitations des résultats et phase de structuration par un bilan) et l’autre où il représenterait une place moindre (précisions apportées lors du descriptif des séquences).
L’organisation des participants a été modifiée au cours de notre étude et n’est donc pas similaire d’une séquence à l’autre. Concernant la première séquence, les élèves étaient répartis de la manière suivante.

Procédure

Dans cette partie, vont être détaillées les séquences réalisées. Les phrases en bleu correspondent aux phases non effectuées avec les élèves du groupe « sans langage ».
Avant de débuter cette étude, l’ensemble des élèves ont été évalués afin d’identifier leurs compétences et d’analyser leurs besoins par rapport au sujet. Les résultats figureront dans la partie suivante.
Cette évaluation diagnostique s’est déroulée avant les vacances de décembre, de manière individuelle, lors des temps d’accueil. A ce moment de la matinée, chaque élève est occupé à une activité de son choix, ce qui a permis de ne pas influencer les résultats des élèves entre eux. Ce dispositif a été mené sur quatre matinées.
Concernant l’organisation, deux bacs de couleurs différentes avec dix gobelets remplis d’une matière solide ou liquide étaient disposés sur une table. Les élèves devaient placer ces gobelets dans le bac correspondant.
La liste des matières utilisées est la suivante : eau, lait, huile, sucre en poudre, « clipo » (pièce de jeux de construction) , pâte à modeler, trombone, élastique et éponge.
En amont, nous avons réfléchi au choix de ces matières. En effet, l’eau étant souvent le référent de la matière liquide, d’autres liquides non transparents ont été proposés comme le lait, le sirop. Quand à l’huile, elle diffère de l’eau par sa texture plus visqueuse. Concernant les solides, des objets plus ou moins durs ont été sélectionnés. Une des conceptions initiales concernant la matière solide est d’assimiler solide et dureté. La pâte à modeler, l’éponge et les élastiques sont des solides mous tandis que les « clipos » et les trombones sont des solides durs. Le trombone a la particularité de briller comme la surface d’une étendue d’eau que l’on regarderait au soleil ce qui pourrait induire l’élève à le placer dans les matières liquides.
Enfin, le sucre en poudre est un solide en grain et présente des particularités que peuvent avoir les liquides : difficulté de transporter dans les mains, coule, se renverse…
A la suite du tri de matières, deux ou trois questions, selon les réponses, ont été posées aux élèves dans l’ordre énoncé :
– Où trouves-tu de l’eau ?
– Est-ce que l’eau peut être solide ?
– Où trouves-tu de l’eau solide ?
Ces questions avaient pour intérêt de connaître les représentations initiales des élèves sur les différents états physiques de l’eau.
La première permettait de faire ressortir les référents liés à l’eau et de s’assurer que la notion était connue par tous. La deuxième avait pour intention de distinguer les élèves qui avait conscience d’un état solide de l’eau de ceux qui l’ignorait. Quant à la troisième, son objectif était d’assurer la validité de la réponse précédente. En effet, elle n’était posée qu’aux élèves pensant que l’eau pouvait être solide.
A la fin de la première séance, un travail sur fiche a été donné aux élèves pour évaluer leurs progrès depuis l’évaluation diagnostique et pour ajuster le déroulement de la séquence suivante. Les étiquettes sélectionnées représentaient les différentes matières qui avaient été proposées lors du teste initial et lors des expériences menées en classe. En effet, le passage sur fiche rend la tâche abstraite, c’est pourquoi nous avons sélectionné des matières connues par tous. Ce même travail a été proposé aux élèves un mois après l’évaluation finale pour se rendre compte de la mémorisation des savoirs par les élèves et de connaître les différences entre les groupes pour qualifier la présence du langage dans cette démarche.
Enfin, l’évaluation finale fut similaire à l’évaluation diagnostique. Cela permet de mesurer les progrès des élèves en minimisant l’impact des facteurs environnementaux. Elle s’est déroulée de la même façon, individuellement. Les élèves ont trié les gobelets en plaçant d’un côté ce qu’ils pensaient être des solides et d’un autre les liquides.

Résultats

Dans un premier temps, nous comparerons les résultats de l’évaluation diagnostique à ceux de l’évaluation finale concernant la distinction que font les élèves entre les liquides et les solides. Ensuite, nous ferons de même avec les résultats portants sur le questionnaire des différents états de l’eau. Enfin, nous analyserons les résultats obtenus au tri de matières effectué un mois après la fin des séquences pour connaître l’effet du temps sur l’acquisition des compétences.

Distinction entre les liquides et les solides

Avant la réalisation des séquences

Tous les résultats sont décrits précisément dans les annexes 1 et 2. Le graphique qui suit met en évidence les conceptions initiales de ces élèves puisque l’évaluation diagnostique a été faite avant la séquence et que le thème de l’eau n’avait pas été abordé en classe. Les élèves ont effectué le tri de matières en fonction de ce qu’ils savaient, de ce qu’ils pensaient et d’une manière générale en fonction de leur vécu. Ces résultats vont permettre à l’enseignant de les situer par rapport aux compétences visées par la séquence et également d’avoir des éléments de comparaison pour évaluer leurs progrès.

Discussion

Afin de connaître le rôle du langage dans l’acquisition de compétences scientifiques, nous avons mis en place deux séquences visant à distinguer deux états physiques de la matière : solide et liquide. La deuxième traite plus particulièrement le cas de l’eau.
Pour se faire, les élèves ont mis en œuvre la démarche d’investigation avec une place du langage variant selon le groupe. Deux groupes avaient été formés : l’un avec des temps de langage importants et l’autre où la manipulation et la réalisation d’expérience prônaient.
Avant de mettre en place notre dispositif, nous pensions que le langage allait être un facteur essentiel à l’acquisition de compétences et que les résultats de l’évaluation finale seraient plus satisfaisants pour le groupe « avec langage ». Nous supposions également que les élèves de ce groupe auraient plus de facilité à mobiliser leurs compétences sur le long terme.
En ce qui concerne le tri des matières, nous avons pu constater un écart important entre les deux groupes lors de l’évaluation finale. En effet 38 % des élèves ayant suivi la démarche avec des temps langagiers importants avaient correctement trié les gobelets contre 23% pour le deuxième groupe. Le même constat a pu se faire pour le questionnaire sur les états physiques de l’eau. Après la réalisation des séquences, 60% des élèves du groupe « avec langage » ont répondu positivement à la question « est-ce que l’eau peut être solide ? » contre 20% pour l’autre groupe. De plus, tous les élèves de la classe 2 (avec langage) ont pu justifier leur affirmation en répondant correctement à la troisième question « où trouve-t-on de l’eau solide ? ».
L’ensemble de ces résultats nous conforte dans l’une de nos hypothèses de départ : le langage a un rôle important dans l’acquisition de nouvelles compétences.
Comme l’indiquaient nos recherches littéraires, l’articulation entre le « faire » et le « dire » permet à l’enfant de construire ses apprentissages. En effet, les élèves du groupe « avec langage » ont pu expliciter leurs pensées sur le monde, donner leurs interprétations face aux expériences menées et poser des questions lorsqu’ils en éprouvaient le besoin. Le langage a donc joué le rôle de révélateur de pensées et a permis aux élèves de se sentir impliqués dans le processus d’apprentissage.
Nous avions également évoqué, dans la première partie, la notion de langages intérieur et extériorisé. Par rapport à l’organisation choisie, l’enseignant pouvait supprimer certaines phases des séances pour diminuer les temps de langage extériorisé mais ne pouvait pas varier ceux liés au langage intérieur. C’est l’une des raisons expliquant le constat suivant : quelque soit le groupe auquel ils appartenaient, des progrès ont pu être observés par la mise en œuvre des séquences (graphiques 1 et 2). En réalisant des expériences, les enfants sont effectivement confrontés à l’observation de résultats et peuvent modifier leurs conceptions puisque jusqu’à 11 ans environ, selon Piaget, l’enfant prend comme vérité ce qu’il voit. De cette façon, ils acquièrent de nouvelles compétences et sont en réelle situation d’apprentissage. Rappelons-le, en psychologie, un apprentissage est la modification d’un comportement due à l’expérience antérieure.
La différence entre le groupe avec et sans langage peut nous renvoyer à la distinction entre le constructivisme et le socioconstructivisme. Selon le modèle de Piaget, l’apprenant construit son savoir à partir de ses connaissances antérieures et selon ses interactions avec son environnement ; les élèves du groupe « sans langage » se trouvent dans des situations semblables. Cependant, en mettant en place la démarche d’investigation, il s’avère plus bénéfique pour les élèves de se rapprocher socioconstructivisme, modèle nécessitant une situation problème ainsi que des interactions sociales. La démarche d’investigation est, en effet, une situation inductrice d’échanges d’où l’importance à accorder une place essentielle au langage.
De plus, le langage oral n’est pas le seul à prendre en considération. En effet, l’écrit était présent dans les séquences pour le groupe « avec langage », lors des temps de réalisation d’affiches par exemple et il a pour rôle de fixer l’apprentissage, de le mémoriser et de le structurer. Or, tous ces moments n’ont pas été effectués avec les élèves du deuxième groupe.
Les résultats apportés montrent également l’importance d’élaborer des supports écrits avec les élèves puisqu’ils permettent de se repérer dans le déroulement des séances (ce qui a été déjà fait et ce qu’il nous reste à faire), de distinguer ce que l’on pense de ce que l’on sait (hypothèses, conclusions) et de donner du sens à l’apprentissage de l’écriture. C’est d’ailleurs au travers de ces situations que la transdisciplinarité du domaine « mobiliser le langage dans toutes ses dimensions » invoquée par les programmes prend tout son sens.
Sur le long terme, les différences entre les résultats sont moins marquantes. Le pourcentage d’élèves du groupe « avec langage » ayant réalisé un tri correct a presque diminué de moitié entre l’évaluation finale et le test avec délai. Plusieurs raisons peuvent expliquer ces faits. La première concerne les conditions de réalisation de l’évaluation réalisée un mois plus tard. Contrairement aux l’évaluations initiale et finale, qui s’étaient effectuées individuellement avec les matières placées à l’intérieur des gobelets, le test avec délai se présentait sous la forme d’une fiche avec les étiquettes des matières à coller dans un tableau (« solide » et « liquide »). Pour distinguer ces deux mots, un code couleur avait été instauré avec les élèves : le mot solide était souligné en vert et liquide en rose. Cependant, les matières n’étaient plus à disposition des élèves et ils devaient se souvenir de la texture de chacune pour essayer de les trier correctement. D’autre part, pour représenter certains liquides, nous avions sélectionné la représentation d’un contenant plutôt que le liquide lui-même pour faciliter leur distinction sur les images. Pour certains, il fallait donc penser que l’on souhaitait trier non pas l’emballage mais le contenu. Toutes ces contraintes se sont ajoutées à l’activité première qui était de se souvenir d’un apprentissage effectué un mois auparavant et montrent que le facteur temps n’est pas le seul à influencer les résultats obtenus contrairement à ce que l’on aurait souhaité. Les réponses données par les élèves n’ont donc pas permis de valider notre deuxième hypothèse.

Table des matières
1. Introduction 
2. Etat de l’art 
2.1 Les apports de la psychologie aux méthodes d’apprentissages
2.2 Le langage
2.2.1 Présentation générale
2.2.2 Le langage oral
2.2.3 Le langage écrit
2.2.4 La place du langage à l’école maternelle
2.2.5 Quel lien existe-t-il entre le langage et les sciences ?
2.3 Enseigner les sciences à l’école
2.3.1. De la leçon de chose à la démarche d’investigation
2.3.2. Qu’est-ce que la démarche d’investigation ?
2.3.3. Le choix de cette démarche
2.4 Formulation problématique
3. Méthode 
3.1 Participants
3.2 Procédure
4. Résultats
4.1 Distinction entre les liquides et les solides
4.1.1 Avant la réalisation des séquences
4.1.1 Après la réalisation des séquences
4.2 Les différents états de l’eau
4.3 Test avec délai
5. Discussion 
6. Bibliographie

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