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L’œil, la main, la tête - Expérimentation et apprentissage

Par Jean-Pierre Astolfi (Article paru dans le n° 409, Expérimenter, décembre 2002)

S’il est un secteur des apprentissages où la place de l’expérience paraît s’imposer de la façon la plus naturelle et la plus légitime qui soit, c’est bien l’enseignement scientifique. Ne parle-t-on pas, sur le mode de l’évidence, de ce fameux « esprit scientifique » aussi sollicité qu’indéfinissable ? L’expérimentation n’apparaît-elle pas comme la quintessence même de la science, et ne sert-elle pas d’identité à l’enseignement de la biologie, plus encore peut-être qu’à celui de la physique ? Quant au savant, il représente l’un des principaux archétypes du « grand homme », dont Pasteur reste la figure tutélaire, associant des qualités logiques (rigueur, déduction, conclusion...), des qualités psychologiques (intuition, perspicacité, opiniâtreté...) et des qualités morales (humanité, dévouement, désintéressement...). Qu’on se rappelle la façon dont Isabelle Huppert campe le personnage de Marie Curie dans le film « Les palmes de Monsieur Schutz »...

Pour quoi expérimenter en sciences ?

Dans une thèse soutenue en 1999, Dominique Galiana a d’ailleurs souligné l’exigence constante des programmes successifs depuis la fin du XIXe siècle, qui pourrait se résumer par cette formule : l’enseignement scientifique sera expérimental ou ne sera pas ! [1] Et pourtant, dès que l’on regarde d’un peu près les pratiques auxquelles donnent lieu ces vibrants appels, l’enthousiasme décroît rapidement.

- Parce que d’abord, on note assez curieusement la permanence dans les manuels scolaires de certaines expériences-types qui perdurent inchangées malgré les incroyables bouleversements scientifiques du XXe siècle, la plus prégnante restant celle du dégagement de bulles d’oxygène par des plantes aquatiques exposées à la lumière. Qui n’y a pas eu droit au lycée, sans pour autant avoir vraiment compris la photosynthèse ? [2]

- Parce qu’ensuite, les pratiques scolaires (et universitaires) du compte rendu scientifique obligent les élèves à pratiquer une sorte de « double bind », qui répond à une forme de rhétorique assez artificielle et opaque à leurs yeux. Il leur faut rendre compte des étapes d’une démarche heuristique, telle qu’a pu la conduire l’élève (réalité des hypothèses testées, des essais effectués et des résultats partiels obtenus), et dans le même temps, se caler sur la présentation d’un savoir socialisé déjà disponible, que l’expéri¬mentation scolaire n’est qu’une occasion de faire « redécouvrir ».

- Parce que surtout, les professeurs de sciences, intarissables sur les vertus de l’esprit scientifique, craignent plus que tout de laisser les élèves s’engager dans des voies qu’ils n’ont pas prévues, et face auxquelles ils redoutent de vite se trouver en situation d’insécurité professionnelle.

La contradiction n’est pourtant pas si étonnante. Comme l’indique encore Galiana, qu’y a-t-il de commun entre le scientifique qui, sur le front de la recherche, fait progresser la connaissance par l’expérience dans son laboratoire, et l’élève (sinon l’enseignant), situé en bout de chaîne, qui ne dispose que de résultats explicatifs à des problèmes qu’il ne s’est jamais posés ? Pratiquer la science telle qu’elle se fait, et communiquer la science telle qu’elle s’est faite, sont deux activités foncièrement différentes. Rien donc ne dit avec évidence que l’expérience qui instruit le scientifique puisse tout aussi bien instruire l’élève.

De fausses équivalences

Dans ces conditions, la question se pose de savoir pourquoi les professeurs de sciences restent si attachés au caractère expérimental de leur enseignement. Des raisons identitaires et corporatistes n’y sont sans doute pas étrangères, les travaux pratiques permettant de se démarquer des mathématiques en contestant leur hégémonie scolaire, en même temps qu’ils justifient les demandes en moyens supplémentaires et en groupes à effectif réduit. Mais il est nécessaire de chercher plus loin, car les raisons le plus souvent données par les professeurs à l’occasion d’enquêtes répétées sont les suivantes : cela « motive les élèves » et cela permet de les « rendre actifs ». Tout est dit. On notera que par de telles réponses, on glisse du registre épistémologique au registre psychologique. Autrement dit, il s’agit moins de faire des élèves des « savants en herbe » en les initiant aux vraies démarches de la recherche que d’optimiser le processus d’apprentissage tel qu’on le conçoit pour la classe.

Le modèle pédagogique sous-jacent à de telles pratiques, s’appuie donc sur les notions d’activité comme de motivation, lesquelles sont à la fois les plus banalisées qui soient dans les discours éducatifs, en même temps que les plus ambiguës dès qu’on cherche à les approfondir. Il nous faut donc les reprendre l’une après l’autre, et l’on voit bien qu’on s’écarte ainsi du cas particulier de l’enseignement scientifique duquel nous sommes partis.

Action, activité, opération, activisme

La notion d’activité, issue de l’éducation nouvelle [3], apparaît comme un antidote efficace contre le dogmatisme et le verbalisme. On peut y reconnaître deux acceptions, qui ne se recouvrent qu’en partie : la classe vivante et le matérialisme pédagogique. La classe traditionnelle est placée sous le signe de la passivité et il est de bon ton, comme on dit, de faire « participer » les élèves. La classe « active » s’oppose en quelque sorte à la classe « assise », pour ne pas dire assoupie. Mais les choses sont-elles si simples ? D’abord on sait bien qu’il existe des formes de réceptivité très attentives et dynamiques tout autant qu’il existe des formes d’activisme très brouillonnes et aveugles. En classe, bien des mains sont levées trop vite, qui gagneraient à mieux élaborer mentalement ce qu’elles s’apprêtent à exprimer « brut de décoffrage ». Personne évidemment ne revendique le retour au silence dans les rangs. Mais si la mise en avant de l’activité des élèves a certainement rempli une fonction critique très positive à un moment où leur parole était bloquée, elle risque de masquer des questions plus profondes maintenant qu’elle fonctionne comme une nouvelle doxa.

L’autre dimension de l’activité est également sympathique, puisque c’est celle d’un refus de l’opposition factice entre concret et abstrait. La manipulation serait la clé décisive de la compréhension, et l’appui sur l’effectuation matérielle des choses en faciliterait presque naturellement l’intellection. La notion d’activité renvoie ici à l’idée piagétienne d’un « dialogue avec les objets », aussi bien qu’au « tâtonnement expérimental » de Frei¬net. Mais, là encore, suffit-il de « faire pour apprendre », comme peut le laisser entendre la formule trop simple de Charpak : « la main à la pâte » ? Certes, les enfants ne sont pas de purs esprits et le recours au concret a ses vertus, mais tout apprentissage authentique suppose que d’une façon ou d’une autre, on négocie avec eux une rupture épistémologique : celle qui fait passer de questions intéressées (pragmatiques) à des questions désintéressées (spéculatives), celle qui mène de problèmes pratiques à des problèmes théoriques. Il s’agit ni plus ni moins que de remonter « des mains (et des yeux) jusqu’à la tête » [4].

Afin de bien comprendre tout ce que requiert une activité, au sens fort du terme, je trouve éloquent l’exemple proposé par Jean-Yves Rochex concernant trois peintres qui entreprennent la rénovation d’un appartement. Le premier remet en état le logement qu’il a occupé plusieurs années, en vue de récupérer la caution versée à son arrivée. Le second embellit les lieux qu’il s’apprête à partager avec la nouvelle compagne de sa vie. Quant au troisième, c’est un peintre professionnel qui s’acquitte normalement de son plan de charge mensuel. Si tous trois effectuent les mêmes opérations en termes de moyens employés et de procédures suivies (fonction de réalisation : le « comment »), leur signification en termes de buts (fonction d’orientation : le « pourquoi ») et surtout en termes de mobiles (fonction d’incitation : le « pour-quoi ») risquent de s’avérer très contrastés [5]. Bien des élèves effectuent ainsi consciencieusement les actions didactiques exigées d’eux, à la manière d’un mode opératoire respecté, mais sans que cela suffise à garantir qu’ils accomplissent les opérations mentales correspondantes. Encore moins qu’ils s’engagent et se projettent personnellement dans l’activité conduite. À coup sûr, les bénéfices didactiques seront très différents.

Plus concrètement, on peut penser ici au statut extrêmement ambivalent des exemples dans l’enseignement. Bien sûr qu’il faut des exemples ! Mais pour l’enseignant, ceux-ci n’ont qu’un caractère transitif et transitoire, dans la mesure où ils ne sont que des supports intermédiaires, introduits dans le but d’atteindre un objectif consciemment visé. Pour l’élève au contraire, l’exemple risque à tout moment d’emplir tout l’espace mental en se substituant à la notion. D’abord parce que temporellement, il occupe l’essentiel de la séance didactique et que, trop souvent, la cloche n’est pas loin de sonner quand viendrait le moment de généraliser. Surtout, parce que conceptuellement, l’élève doit s’en déprendre pour comprendre. C’est ce que fait de son propre chef le bon élève, capable de se dégager des activités scolaires autant que s’y engager, parce qu’il est en mesure de « dé-didactiser » ce qui a été didactisé pour lui. Il extrait les informations centrales de la leçon, en se disant : « Ah voilà, j’ai compris, c’était donc pour en arriver là ». Tout ça pour ça... !

Il faudrait ici interroger la norme scolaire actuelle qui impose la méthode inductive (de l’exemple au concept) pour se démarquer de la méthode déductive (du concept à l’exemple), jugée trop traditionnelle. L’intention est louable, mais trop d’élèves en restent ainsi à l’exemple... sans être en mesure d’extraire la « pépite » conceptuelle de sa « gangue » , à supposer déjà qu’ils réalisent qu’il y a quelque chose à extraire. On gagnerait sans doute à diversifier les cheminements, puisque avec une approche déductive, les choses paraissent théoriques et on réclame vite des exemples, mais qu’avec une approche inductive, on croule sous les exemples sans savoir de quoi ce sont des exemples.

Résumons-nous : l’expérimentation est un appui incontestable dans la mesure où elle prend en compte les besoins d’action matérielle et pratique des élèves - lesquels ne sont pas de purs esprits - et où elle leur évite d’en rester à des « savoirs de papier », mémorisés sans compréhension. Encore faut-il s’assurer que certains ne s’enferment pas ainsi dans un activisme de surface, où ils peuvent d’ailleurs fort bien se complaire, en passant du coup à côté des enjeux réels de l’apprentissage.

Motif, motivation, mobilisation

Après la question de la mise en activité, venons-en plus rapidement à la seconde idée justifiant souvent l’expérimentation des élèves : leur meilleure motivation. Sur ce point, les choses sont tout aussi ambivalentes, et les modèles qui tentent d’appréhender cette motivation se révèlent fort divers, quand ce n’est pas antagonistes. Le plus célèbre est sans doute la « pyramide de Maslow », qui hiérarchise les besoins humains depuis les plus basiques (besoins physiologiques ou de sécurité) jusqu’aux plus élevés (besoins de reconnaissance et d’accomplissement de soi), avec l’idée que la satisfaction de chacun de ces besoins nécessite la satisfaction préalable de ceux qui sont subordonnés. Peut-on par exemple apprendre si l’on a faim ou si l’on est stressé ? Cette conception a fait l’objet de vives critiques dans la mesure notamment où elle présuppose une continuité entre les besoins d’Adam (biologiques et physiologiques) et les besoins d’Abraham [6] (culturels et spirituels). Or, si la satisfaction des premiers conduit à leur extinction par rétroaction négative (manger fait disparaître la faim), celle les seconds tend plutôt à les renforcer par rétroaction positive (lire stimule de nouvelles lectures). La hiérarchie supposée est donc trompeuse.

Le modèle de la « mimesis », proposé par René Girard, fonctionne tout autrement. L’identification projective envers quelqu’un qui nous sert de mentor peut nous faire reproduire ses centres d’intérêt. Au début, il s’agit d’un simple « mime », mais peu à peu cet intérêt tend à jouer par lui-même et à s’autonomiser. Autrement dit, le modèle produit un amorçage, mais l’objet prend le relais. On peut dire que dans ce processus c’est bizarrement le modèle qui désigne au sujet son propre désir. La motivation appuyée sur Girard développe une toute autre dynamique que celle envisagée par Maslow. Elle relève ici moins du besoin que du désir, elle s’enracine dans le développement des potentialités de l’individu tout en s’appuyant sur des identifications projectives, elle trouve sa source dans la tendance humaine à l’auto-développement.

Dans ces deux modèles (sélectionnés parmi beaucoup d’autres parce qu’ils sont très connus) [7], la motivation ne « marche » pas de la même façon. Chez Maslow, c’est un prérequis nécessaire, un préalable qu’il faut développer en cas de déficience, parce qu’il fonctionne comme un facteur limitant. Chez Girard au contraire, c’est la façon dont l’enseignant va construire et conduire la situation qui fait naître une motivation, laquelle n’est pas donnée d’avance. En fait, la motivation n’est pas une pure caractéristique individuelle, pas plus qu’elle n’est entièrement déterminée, et elle nécessite du coup l’usage de modèles complexes et flexibles. De plus, ce n’est pas un état stable, mais un processus toujours remis en question, qui se construit et se renouvelle en permanence.

Les enseignants qui justifient le recours aux expériences par un surcroît de motivation paraissent plus proches de Maslow. Ils pensent que les élèves sont a priori peu motivés, et ils comptent justement sur la situation expérimentale pour créer une dynamique. Effectivement, cela fonctionne un petit peu, puisque chacun a pu noter le plaisir évident de toute classe dès qu’on parle de « faire des expériences ». Mais sans doute la confiance mise-t-elle trop sur les vertus propres à la situation, en s’imaginant que celle-ci va agir indépendamment de l’investissement personnel qu’on y mettra. Or, ce qui arrive vite, c’est une certaine déception dès que les élèves comprennent l’artifice qui les invite à essayer, inventer, diverger... en même temps qu’on ne les laisse pas s’éloigner des chemins balisés. Ils sont démobilisés par le fait que l’ouverture pédagogique soit récupérée aussi vite que temps la porte s’entrebâille. Ils reniflent vite les manipulations dont ils ne sont pas longtemps dupes...

Résumons-nous encore : l’expérimentation est un puissant levier pour les apprentissages, dans la mesure où elle joue positivement sur la motivation des élèves. Encore faut-il que ce ne soit pas qu’un feu de paille et qu’on n’en attende pas d’effets magiques, mais que la combustion soit entretenue pour éviter que le soufflé ne retombe.

Que peuvent vraiment expérimenter les élèves ?

J’espère avoir convaincu qu’on a trop vite fait de jongler avec des termes qui ne sont pas nécessairement synonymes. Parler d’expérimentation n’implique pas automatiquement constructivisme ni apprentissage, pas plus qu’une mise en activité de la classe n’est suffisante pour garantir une méthode active. Nous sommes dans une situation où bien des options, longtemps défendues aux marges du système par les innovateurs et les mouvements pédagogiques, sont devenus la nouvelle langue pédagogique des textes officiels, des inspecteurs et des formateurs. Du coup, les débats se font souvent à fronts renversés, et les idées progressistes tournent au « pédagogiquement correct ». On pourrait parler de récupération par le système, mais il est aussi probable que les concepts polémiques et critiques, longtemps utilisés comme les porte-drapeaux d’une alternative à venir, s’avèrent plus délicats à manier lorsqu’ils doivent devenir opérationnels. Ce n’est pas seulement le cas aujourd’hui pour l’éducation. Sans doute a-t-on un peu trop rêvé qu’ils fonctionneraient tout seuls en entrant dans les textes, alors qu’il est indispensable de mettre de la modestie et de l’intelligence dans leur usage. Finalement, c’est plutôt heureux, non ?

Quelques ouvertures

Cette intelligence des situations consiste d’abord, je crois, à ne rien laisser fonctionner comme des « boîtes noires magiques », mais à tout passer au crible d’une critique positive, pour s’assurer des conditions d’efficacité des dispositifs mis en place. Surtout, pour éviter comme il est fréquent que les dispositifs réels viennent contredire les bonnes intentions. [8]

- Engager les élèves à expérimenter suppose qu’on encourage leur activité investigatrice et divergente. Toute recherche véritable ne suppose-t-elle pas qu’on s’écarte des procédures balisées pour explorer des chemins nouveaux ? Encore faut-il ne pas faire semblant, en cherchant à tirer les ficelles par derrière. C’est là qu’achoppent bien des réformes récentes et actuelles, comme l’option scientifique au lycée, les parcours croisés ou les travaux personnalisés encadrés. De tels dispositifs n’auront d’efficacité que si les enseignants ne sont pas hantés par la crainte que les choses leur échappent. Il faudra bien sûr reprendre la main, mais après coup, dans un moment différent d’analyse des démarches, après avoir laissé le dispositif se déployer pour qu’il donne ses fruits.

- Engager les élèves à expérimenter suppose un changement dans la conception des erreurs et dans leur traitement. On peut dire avec Karl Popper, que la seule chose certaine dans les sciences sont les théories « falsifiées », sanctionnées, qui à coup sûr ne reviendront jamais plus sur le devant. L’histoire des sciences démontre en permanence qu’il n’y a pas d’expérimentation sans risque d’erreurs. Partout d’ailleurs, sauf à l’école, l’erreur est considérée comme inévitable et, au fond, formatrice, le problème n’étant pas de l’éviter mais d’en tirer les leçons. Et il n’y a guère d’apprentissage à espérer quand on se cantonne à appliquer mécaniquement des procédures balisées. Apprendre suppose une pensée qui se risque. Cela implique certains changements dans le climat de classe et le contrat didactique : libération et sécurisation de la parole, incitation à s’adresser les uns aux autres et pas seulement à l’enseignant, encouragement à faire des propositions dont on n’est pas sûr, clarification des temps qui relèvent de l’apprentissage et de ceux qui relèvent de l’évaluation, etc. Ce sont là des choses qui sont souvent dites, mais les élèves, d’expérience, ont tendance à ne pas nous croire ! À nous de leur montrer le contraire.

Engager les élèves à expérimenter suppose en conséquence un renouvellement des formes du trop fameux « dialogue pédagogique ». On ne prend pas assez la mesure de la distinction linguistique entre le « dialogal » et le « dialogique ». Le premier correspond à la classe participative, dans laquelle la parole des élèves alterne bien avec celle du professeur, mais au sein d’une seule unité discursive. Celle-ci est finalement monologique puisque les élèves ne font que compléter ce que l’enseignant a choisi de ne pas dire lui-même, afin de laisser les élèves le trouver. L’expérimentation suppose au contraire une véritable activité dialogique appuyée sur des écrits préalables, où plusieurs discours sont en débat, avec échanges entre des « proposants », des « défenseurs » et des « discutants », dans une atmosphère d’« égalité argumentative ». J’emprunte ce dernier terme à Bernard Rey expliquant que l’école, contrairement à la relation commerciale, hiérarchique, professionnelle ou affective (légitimement régies par d’autres préoccupations) est le lieu singulier où la valeur d’une affirmation ne dépend pas du statut ni du pouvoir de celui qui l’énonce. Chacun doit pouvoir y être porteur d’une possibilité de raisonner égale à tout autre. Ce n’est donc pas l’autorité qui décide du bien-fondé d’une affirmation. Il a cette formule excellente : « En me rendant aux arguments déployés par autrui et que j’ai compris, je me soumets non pas à lui, mais à ma raison ». [9] La mienne...

Faire l’expérience de l’expérimentation

On parle beaucoup du rapport au savoir des élèves, mais il y aurait autant à dire sur le rapport à l’apprendre des professeurs ! On ne peut plus en rester à ces idées simplistes, mais qui ont la vie dure, telles le « faire pour comprendre » ou le « voir pour apprendre ». Trop naïf, bien sûr. Modifier le rapport à l’apprendre passe par une certaine manière d’ouvrir un espace d’investigations, de gérer autrement les erreurs, de conduire des formes renouvelées de dialogue (pour en rester aux développements qui précèdent). On n’est pas obligé de faire cela tout le temps - ce n’est sans doute pas même souhaitable -, mais qu’on le fasse vraiment quand on le fait.

Il s’agit finalement de raccorder ensemble les deux significations éclatées du terme « expérience », celle de l’expérience qui cumule les épisodes vécus (avoir l’expérience), et celle de l’expérimentation qui construit un savoir nouveau (conduire une expérience). Permettre aux élèves d’expérimenter à l’école peut alors se traduire comme leur prise de conscience que la connaissance ne tombe pas du ciel mais s’expérimente dans l’incertitude, la controverse et le débat. À cet effet, il s’agit de leur ouvrir des occasions répétées de faire l’expérience de cette expérimentation. Pas seulement en sciences, loin de là.

Jean-Pierre Astolfi, Université de Rouen.


[1Inspiré de Dominique Galiana (1999). Problèmes didactiques posés par l’enseignement expérimental de la biologie dans les classes scientifiques des lycées. Thèse, Université Paris-Sud (Orsay)

[2Ces expériences remontent en fait aux travaux du biologiste suisse Charles Bonnet (1720-1793)... !

[3On se reportera à la minutieuse enquête de Daniel Hameline (1995) sur les origines de la notion d’activité, dans L’école active, textes fondateurs (Paris : PUF).

[4L’expression est empruntée au titre d’ouvrages relatifs à l’enseignement des sciences à l’école primaire : Marima Faivre d’Arcier & al. (1996, 1999). Des mains à la tête. Paris : Magnard.

[5Jean-Yves Rochex (1995). Le sens de l’expérience scolaire. Paris : PUF.

[6Cette opposition a pris appui sur le fait que Maslow se prénommait... Abraham !

[7Je renvoie pour plus de détails au numéro hors-série des Cahiers pédagogiques consacré à la motivation.

[8On évoque souvent l’analyse des pratiques comme une nouvelle mode de la formation initiale et continue, mais celle-ci reste souvent assez stérile, tant qu’on ne se donne pas d’outils solides pour savoir ce qu’on analyse, et comment on l’analyse. L’idée d’« incident critique didactique », développée notamment par Chantal Amade-Escot en didactique de l’éducation physique, est l’une des voies possibles.

[9Bernard Rey (1998). « Savoir scolaire et relation à autrui », Cahiers pédagogiques, n° 367-368.


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