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N° 507 Questions aux programmes

Des notions-clés pour enseigner les sciences

Par Thierry Chevallier

Si le socle commun a le mérite de proposer une vision plus globale et continue des enseignements scientifiques que les programmes très éclatés par sujet et par niveau, une approche centrée sur les notions essentielles est utile pour adapter davantage les apprentissages aux préoccupations et aux connaissances des élèves.

Pour concevoir les enseignements scientifiques, les professeurs des écoles s’appuient sur deux textes : le socle commun, qui décrit les compétences à acquérir au terme de la scolarité obligatoire, et les programmes qui précisent les contenus disciplinaires à aborder. Un ouvrage publié à l’initiative de la Main à la pâte propose une troisième approche des apprentissages scientifiques : 10 notions-clés pour enseigner les sciences - de la maternelle à la 3e, sous la direction de Wynne Harlen (Le Pommier et Belin, 2011). Il nous semblerait bien utile que cette approche inspire le travail des membres du futur Conseil supérieur des programmes.

Ce livre s’adresse à tous les enseignants qui ont en charge un enseignement scientifique à l’école ou au collège. Il a pour ambition de poser les fondamentaux d’un apprentissage scientifique en s’appuyant sur la démarche d’investigation et sur le lien entre monde réel et contenus scientifiques à l’école. Les auteurs privilégient le principe d’une entrée par des notions-clés (en anglais Big idea) plutôt que par des contenus.

Le tableau ci-dessous donne quelques exemples des liens entre les notions clés et les contenus du socle commun (les numéros correspondent à l’ordre d’écriture des notions dans chacun des ouvrages).

W.Harlen, « 10 notions clés », 2011 Education nationale, Socle commun, 2006
1-toute la matière du monde est constituée de particules minuscules 1- savoir que l’Univers est structuré du niveau microscopique au niveau macroscopique ;
3- savoir que la matière se présente sous une multitude de formes de l’inerte au vivant ;
4-l’énergie est transformée lors de certains changements ou évènements, mais la quantité d’énergie présente dans l’univers reste toujours la même 6- savoir que l’énergie peut revêtir des formes différentes et se transformer de l’une à l’autre
7- savoir que la maitrise progressive de la matière et de l’énergie permet à l’Homme d’élaborer une extrême diversité d’objets techniques
A propos de la planète Terre
5-la composition de la Terre et de son atmosphère détermine sa surface et son climat
6-le système solaire représente une minuscule partie d’un univers formé de milliards de galaxies
2- savoir que la planète Terre est un des objets du système solaire, gouverné par la gravitation et qu’elle présente une structure et des phénomènes dynamiques internes et externes ;
A propos du vivant
7-les organismes vivants sont tous organisés à partir de cellules 3- savoir que la matière se présente sous une multitude de formes de l’inerte au vivant ;
8-pour subsister, les organismes vivants ont besoin d’énergie et de matière, pour lesquels ils sont souvent en compétition avec ou en dépendance d’autres organismes 4- connaitre les caractéristiques du vivant

Une première lecture montre que des contenus du socle commun sont répétés plusieurs fois dans cette association avec les notions clés. Le cas le plus typique est la connaissance de la planète Terre et du système solaire, un autre est l’étude du vivant. Cette vision de l’éducation à la science conduit à construire ces notions clés tout au long de la scolarité, à l’instar du socle commun. Mais ce qui l’en détache est le lien avec la recherche actuelle et une progression fortement ancrée sur des sujets qui intéressent les élèves et qui ont un lien avec leur vie.
Quels changements pour les enseignants ?

On peut se poser la question : quel intérêt l’enseignant aurait-il à composer avec un énième texte sur les apprentissages scientifiques à l’école ?

Trois pistes de réponses :

  • Développer la curiosité scientifique

Chaque enseignant est invité à ancrer les apprentissages dans le quotidien de l’élève, à partir d’objets et d’évènements proches. Un bras cassé, l’attente d’un frère ou une sœur, un tsunami ou une éruption volcanique, le passage d’un astéroïde proche de la Terre, la construction d’une éolienne sont autant de points d’accroche pour engager les élèves dans l’élaboration d’un lexique, la construction d’un modèle, une rencontre avec un expert, la découverte d‘un champ de recherche. Les élèves observent, questionnent, raisonnent, autant d’étapes nécessaires à la résolution d’un problème scientifique.

  • Assumer sa liberté didactique

Il est nécessaire de distinguer entre un programme national qui définit des contenus à enseigner et les activités effectivement pratiquées par les élèves. En construisant son enseignement à partir de sujets choisis tout au long de l’année, l’enseignant définit la progression de l’étude des concepts. Ainsi, une naissance dans la famille d’un élève donne l’occasion d’une étude plus ou moins consolidée de la procréation et de la croissance sans attendre le CM2, comme prévu actuellement par les programmes. C’est bien l’enseignant qui est à même de définir si les élèves de la classe ont la maturité nécessaire pour construire tel ou tel concept.

De même, l’étude de l’énergie éolienne (fabrication d’une éolienne) peut être envisagée en fonction de la réalité économique d’une région ou d’une autre. Les concepts associés tel que le mouvement de rotation, de centrale électrique et de transformation d’énergie sont nécessaires pour la compréhension de l’outil technologique. L’étude conjointe de ces concepts garantit une cohérence aux savoirs scientifiques.

  • Garantir la progressivité des apprentissages

À l’échelle d’un groupe scolaire, les enseignants peuvent se répartir des modalités particulières de l’investigation : la manipulation et l’expérimentation peuvent être conduites par les enseignants de maternelle, l’utilisation de documentaire ou d’albums de jeunesse par des enseignants qui en ont fait un objet d’expertise, la coopération avec des membres de la communauté scientifique est introduite par ceux dont le cursus scolaire et universitaire facilite l’utilisation d’un lexique particulier.

Cette démarche permet d’éviter l’appauvrissement du sens et du raisonnement scientifique, ainsi qu’une mise en système trop conceptuelle des savoirs, peu accessible aux enseignants souvent insuffisamment formés dans ce domaine. La formation initiale et continue se doit cependant de proposer un travail disciplinaire et didactique pour permettre l’analyse des concepts évoquée ci-dessus.

La loi d’orientation votée en juin 2013 annonce une refonte des programmes ainsi qu’une meilleure formation des maitres. Il me parait essentiel que cette idée de « grandes notions » liées aux progrès scientifiques de notre siècle soit reprise dans les programmes de l’enseignement des sciences. Il est également indispensable de laisser une liberté aux enseignants dans le choix des concepts scientifiques à travailler dans le cadre de ces grandes notions et de les orienter sur l’évaluation des capacités et attitudes associées à la démarche d’investigation. Ceci est un vrai pari sur l’avenir des apprentissages scientifiques à l’école.

Thierry Chevallier
Formateur en didactique des sciences à l’Institut de l’Oratoire (Lyon)


Références

Le socle commun - décret du 11 juillet 2006

Les programmes - arrêté du 9 juin 2008, BO n°3 du 19 juin 2008

Les compléments aux programmes - arrêté du 21 novembre 2011, BO n°1 du 5 janvier 2012

Des programmes éclatés

Les programmes distinguent les apprentissages selon le niveau scolaire. Ils donnent des précisions pour les thèmes d’études dans chaque cycle de l’école primaire ainsi que le temps à y consacrer. La publication en janvier 2012 des compléments aux programmes poursuit cette répartition entre les cycles. Chaque thème est éclaté en « sujets d’études », objets de savoirs juxtaposés. On peut lire par exemple que l’étude des volcans et séismes se fait au CE2 alors que les risques pour l’homme sont présents au CM1 puis au CM2. Le lexique pointé en rouge dans le texte indique que le terme « échelle de Richter » est à connaitre au CM1 alors que l’étude des séismes commence au CE2. Si on utilise des documents d’actualité comme source d’investigation, comment peut-on comprendre cette dichotomie artificielle alors que les documents précités mêleront dans leur écrit les concepts et vocabulaire associé ? Un autre exemple peut être pris dans l’étude du corps humain où les fonctions de nutrition sont exclusives du CM1. Est-ce que la connaissance du corps demandée au CE2 avec l’alimentation n’est pas étroitement associée au concept de nutrition ? Le texte introductif précise que ce choix répond à des impératifs scientifiques et didactiques mais non précisés. Un dernier exemple permet de constater que l’étude du système solaire (en CE2) est séparée de l’évolution des idées en astronomie avec les apports de Galilée et Copernic (en CM1). Ce choix est loin de l’avis des chercheurs en didactique des sciences qui insistent sur le fait que l’histoire des idées doit étroitement accompagner l’étude des concepts. Ces trois exemples exposent un décalage entre l’ambition d’un socle commun qui garantit une vision globale des savoirs scientifiques et les programmes et leurs compléments qui renforcent un éclatement du savoir, signifiée par une juxtaposition de rubriques, finalement assez proche de la leçon de choses !


Le socle : continuité et vision globale

« Il importe que les élèves se constituent une culture scientifique de base, pour comprendre les grandes lois qui régissent l’univers, notre planète et aussi notre corps ». Cette ambition se traduit par l’émergence de 9 grandes notions, continuité des apprentissages de l’école au collège. Ces notions sont des repères pour le professeur des écoles pour mener des projets grâce auxquels il permettra aux élèves de conceptualiser un savoir scientifique. Par exemple la notion « savoir que l’Univers, la matière, les organismes vivants baignent dans une multitude d’interactions et de signaux, notamment lumineux, qui se propagent et agissent à distance » balaie à la fois tout ce qui relève de la lumière, des chaines alimentaires, des lois physiques qui gouvernent l’univers (la gravitation), mais également les impulsions nerveuses ou les messages hormonaux qui co-existent dans notre corps. Cette notion, extrêmement complexe au demeurant, permet de mettre en lien des savoirs dans différents contextes, de transférer des connaissances et d’enrichir d’une part le raisonnement scientifique, d’autre part le lexique associé. Le socle place l’enseignant dans une perspective d’un travail global des sciences tout au long de la scolarité obligatoire. Les ruptures entre les cycles, entre l’école et le collège, telles qu’on les connait aujourd’hui dans ce domaine disciplinaire, ne devraient plus être des obstacles mais des étapes de progrès pour l’élève.


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