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Le statut épistémologique de l’expérience dans les nouvelles approches préconisées pour l’enseignement des sciences

The epistemological status of experience and the new approaches for science teaching
Jean-Yves Cariou
p. 59-85

Résumés

Les nouvelles préconisations dans l’enseignement des sciences en France relatives à la démarche d’investigation (DI) ainsi que celles concernant les tâches complexes (TC) posent la question du recours à l’expérience et de son statut épistémologique dans le cadre de ces approches. Ses rôles variés ont été discutés à différents moments de l’histoire des sciences : une analyse des propos de différents auteurs permet d’envisager une catégorisation en cinq types d’expériences dans le domaine de la recherche scientifique. Dans le champ de l’éducation, l’expérience qu’accomplit l’enseignant devant ses élèves ou qu’il leur fait réaliser introduit une sixième catégorie. Dewey, Piaget ou encore Bruner estiment que l’esprit expérimental ne se forme véritablement que lorsque l’élève conçoit par lui-même une expérience pour éprouver ses hypothèses. Des auteurs ultérieurs ont établi des typologies, qui se recouvrent en grande partie. La promulgation de la DI est accompagnée de recommandations officielles favorisant le recours à l’expérience au sens d’expérience de contrôle. Dans un état d’esprit proche, les TC sont fondées sur l’utilisation de ressources, dont peuvent faire partie différents types d’expériences. L’analyse des exemples officiels de DI et de TC comportant des expériences offre du point de vue du statut de l’expérience un paysage contrasté. Ils ne correspondent que très partiellement aux textes de cadrage de ces approches, ce qui interroge sur la manière dont divers prescripteurs envisagent le rôle de l’expérience dans la formation scientifique.

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Texte intégral

Introduction

1Des formules fortes, dans les textes officiels les plus récents en France, attirent l’attention des enseignants de sciences physiques et chimiques (SPC) comme ceux de sciences de la vie et de la Terre (SVT) sur le caractère expérimental de leur discipline. En SPC, « Les activités expérimentales sont au cœur de la formation1 », tandis que l’enseignement des SVT nécessite, « pour être efficace », que lors de chaque séance l’élève soit amené à réaliser des activités d’expérimentation2.

2Les instructions scolaires évoquent régulièrement les liens entre les pratiques de classe et la recherche scientifique, pratique sociale de référence où l’expérimental joue des rôles variés, par exemple lorsqu’elles rappellent que les activités expérimentales « constituent le fondement même de la physique et de la chimie3 ». Ces rôles divers ont été discutés à la fois dans le domaine scientifique et dans celui de l’éducation, et l’on peut aujourd’hui interroger leur intégration dans le cadre des nouvelles approches mises en avant dans l’enseignement des sciences : démarche d’investigation (DI), généralisée au collège et au lycée, et tâches complexes (TC) promues par le socle commun de connaissances et de compétences.

3Nous considérerons tout d’abord le statut de différents types d’expériences à partir de distinctions historiques et actuelles opérées dans le domaine de la recherche scientifique. Plusieurs catégorisations historiques peuvent être comparées à celles d’épistémologues contemporains analysant la science actuelle. Un tel aperçu permet de vérifier que les mêmes catégories générales se retrouvent à travers les âges, ce qui renvoie au lien établi entre expériences historiques et DI par des textes officiels. Nous aborderons ensuite les discours et les analyses portant, dans le domaine de l’enseignement scientifique, sur ces diverses fonctions. Ces éléments nous permettront d’analyser de ce point de vue un corpus d’exemples de mise en œuvre de ces nouvelles approches (DI et TC) proposés aux enseignants dans des documents officiels, afin de déterminer dans quelle mesure ces exemples se trouvent en adéquation avec les préconisations qui les concernent et les ambitions qui y sont affichées.

1. Différents types d’expériences

1.1. Distinctions historiques et actuelles dans le champ de la recherche scientifique

4Dans l’histoire des sciences dites aujourd’hui expérimentales, le statut de l’expérience a été discuté à plusieurs reprises et son emploi a fait l’objet d’orientations différentes. Plusieurs catégories ont été distinguées, qui se retrouvent dans la recherche scientifique actuelle, à des degrés qui peuvent varier selon les disciplines, certaines d’entre elles comme la simulation étant plus fortement présentes dans certains domaines de recherche, tandis qu’elles le sont beaucoup moins dans d’autres.

  • 4 Aristote, « De la respiration », 473ab, Petits traités d'histoire naturelle, 1999.

5La première « expérience » historiquement documentée est celle décrite par Empédocle (vers - 450)4 et concerne les rapports entre les entrées et les sorties d’eau et d’air dans une clepsydre suivant que, comme dans une pipette actuelle, on en bouche ou non l’orifice supérieur : l’objectif est de décrire, par comparaison, ce qui se passe dans la respiration. Analogie traîtresse, qui caractérise également son jeune contemporain Hippocrate qui, tout en déclarant prudemment « l’expérience trompeuse, le jugement difficile », explique l’équilibre des humeurs dans le corps à l’aide d’une expérience de vases communicants. Les limites de ce type d’approche demeurent encore parfois floues dans les classes actuelles, quand des investigations sur des éruptions volcaniques s’appuient sur de la bougie fondue ou quand des volutes d’encens miment la dynamique atmosphérique.

6Les pièges de l’analogie sont dénoncés dès l’Antiquité par les médecins qui se nomment empiriques, à tel point qu’ils qualifient ceux qui ne se réfèrent pas suffisamment à l’expérience de dogmatiques (Galien, 1998, p. 65-114). Pour eux, ce n’est « pas vraiment une partie de l’expérimentation » que l’expérience incidente (constat fortuit), improvisée (tentative hasardeuse), ou imitative (reproduite). Ce qui mérite d’être nommé expérience savante est celle dont, par sa répétition, le médecin quantifie le succès, ainsi que celle qui « donne comme vraie » une analogie.

7D’autres distinctions sont introduites en 1620 par Francis Bacon, qui sépare la « simple expérience » qui « se présente d’elle-même », le tâtonnement « tel celui d’un homme dans la nuit », les expériences fructueuses, qui visent une production, un effet ou résultat fixé d’avance, et les expériences lumineuses qui éclairent l’entendement (1620/1986, p. 69, 142-143 et 158-159). Dans l’instance cruciale, des expériences, que Descartes, puis Hooke et Newton nommeront expériences cruciales, tranchent entre deux ou plusieurs hypothèses (ibid., p. 255).

8Pour le cartésien Rohault (1671, préface), il y a trois sortes d’expériences. La première est un simple usage des sens, fait « par hasard et sans dessein ». La seconde apparaît « lorsque de propos délibéré, mais sans savoir ni prévoir ce qui pourra arriver, l’on fait épreuve de quelque chose », faisant « toutes les tentatives dont l’on se peut aviser ». Et « les expériences de la troisième sorte sont celles que le raisonnement [prévoit] et qui servent à justifier ensuite s’il est faux, ou s’il est juste », très utile parce qu’elle « peut faire découvrir la vérité ou la fausseté des opinions ». Il ne parle pas d’analogie mais sépare l’expérience commune, l’expérience de tâtonnement et l’expérience de mise à l’épreuve.

9Ces deux dernières sortes sont celles qu’expose deux siècles plus tard Claude Bernard (1865/1966, p. 49-50). Il y a pour lui les expériences dont le but est de faire naître une idée ou expériences pour voir, et, plus couramment, les expériences dont le but est un contrôle des hypothèses. Il utilise également le terme expérience pour qualifier une mesure ou un dosage de l’action de substances (1865/1966, p. 192) : ce type d’expériences reçoit chez Duhem le nom d’expériences d’application, comme la mesure d’une force électromotrice, qu’il distingue des expériences d’épreuve destinées à éprouver une loi ou un point théorique (1906/1981, p. 279).

10Kuhn se réfère aussi aux expériences pour voir (1970/1983, p. 127). Sans présenter de catégorisation exhaustive, il parle de classes d’expériences : la première permet la détermination de faits significatifs (position et magnitude des étoiles, etc.), la deuxième concerne la vérification de prédictions théoriques (parallaxe, existence du neutrino, etc.), la troisième, ayant pour but de préciser la théorie, vise à opérer des déterminations (constantes physiques telle la charge de l’électron) ou à permettre un choix entre explications possibles (tests d’hypothèses) (ibid., p. 48-59).

11De son côté, Van Fraassen déclare que si la fonction la plus connue de l’expérimentation est le test d’hypothèses, une autre est la détermination de valeurs numériques inconnues et non prédictibles (comme celle de la charge de l’électron, exemple déjà pris par Kuhn) par laquelle l’expérience vient compléter la théorie (1989, p. 230-232).

12Le tableau 1 résume les vues de ces différents auteurs, en tentant une mise en parallèle des distinctions qu’ils opèrent.

Tableau 1 : mise en parallèle des distinctions entre sortes d’expériences opérées par différents auteurs

Médecins empiriques
(IIe siècle)
Bacon
(1620)
Rohault
(1671)
Cl. Bernard
(1865)
Duhem
(1906)
Kuhn
(1970)
Van Fraassen
(1989)
Expériences incidentes Simples expériences,
hasard
Simples usages des sens sans dessein
Expériences improvisées Tâtonnements
comme
dans la nuit
Épreuves délibérées sans idée de ce qui pourra arriver Expériences
pour voir
Expériences
pour voir ce qui en sortira
Expériences imitatives
Expériences savantes : quantification
des succès
Expériences lumineuses par leur quantité
Expériences savantes : vérification d’une analogie Expériences lumineuses par leur genre, dont celles de l’instance cruciale Expériences qui font découvrir la vérité ou la fausseté des opinions Expériences
de contrôle
Expériences d’épreuve Expériences portant sur des prédictions 
théoriques
Experiments :
means of testing
Expériences fructueuses : production, résultat fixé d’avance
Expériences : mesures, dosages Expériences d’application : détermination, mesure Expériences de détermination de faits significatifs,
de constantes
Experiments :
means of discovery
ex. charge of a single electron

13Tous ces auteurs mentionnent la fonction de contrôle ou de mise à l’épreuve d’idées, d’hypothèses. Les expériences pour voir sont citées à différentes époques, tandis que ce sont les auteurs les plus modernes, aux préoccupations quantitatives sans doute plus prononcées, qui évoquent les expériences destinées à déterminer ou à préciser des valeurs. Seul Bacon évoque les expériences fructueuses, destinées à produire un effet recherché, qui font le lien avec le domaine de la technique et des applications.

14Cette unité d’ensemble fait écho au lien entre expériences historiques et DI signalé par des textes officiels : les programmes de lycée de SVT5 indiquent immédiatement après la présentation des « étapes types » d’une DI que « l’approche historique d’une question scientifique peut être une manière originale de construire une démarche d’investigation », tandis que les Ressources pour le cycle central en SPC préconisent d’introduire une DI sur la vision (exemple 7 dans le corpus étudié en partie 2) par la considération des expériences historiques d’Alhazen résumées dans un document annexe6. On peut de ce point de vue songer que les élèves sont, vis-à-vis des expériences, plus près de situations comparables à celles des chercheurs des temps passés que de l’usage des techniques de pointe modernes.

15Nous proposons d’extraire de ce tour d’horizon, en laissant de côté les simples constats sans interventions, les catégories (1) à (4) listées ci-dessous. Nous y adjoignons (5) l’expérience analogique, chère à Empédocle et Hippocrate, qui n’est pas mentionnée par les auteurs ultérieurs cités alors que la recherche scientifique a continué à l’utiliser dans les cas où une expérimentation directe est hors d’atteinte : Buffon estime l’âge de la Terre à partir du temps de refroidissement de boulets de fer chauffés à blanc (1774, p. 145-172) et compare les effets de sa consolidation à ceux d’une masse de métal ou de verre qui se refroidit en formant divers reliefs (1778, p. 71). Les géologues nomment expériences analogiques certaines modélisations dynamiques (Boillot, Huchon & Lagabrielle, 2013, p. 203), tandis qu’en physique les gaz d’atomes froids constituent des simulateurs pour d’autres phénomènes, tels la supraconduction.

16À l’issue de cette étude, nous envisageons donc cinq catégories d’expériences dans la recherche scientifique :
(1). Expérience pour voir (ce qui se passe dans telles conditions, pour faire naître ou préciser une idée) ; 
(2). Expérience de contrôle ou expérience-test, de mise à l’épreuve d’une idée (hypothèse) ;
(3). Expérience de détermination quantitative (mesure) ou qualitative (« mise en évidence ») ;
(4). Expérience pour produire un effet visé (engendrer tel phénomène, parvenir à tel résultat pratique).
(5). Expérience analogique (substitut à une expérience directe hors d’atteinte). Les simulations entrent dans cette catégorie.

17On peut signaler également l’expérience de pensée, qui n’est pas en soi une expérience mais l’imagination des résultats qui s’en suivraient.

18Dans le but d’explorer la traduction didactique du rôle de l’expérience dans la recherche scientifique, Orange (2003) distingue, à partir de l’activité d’un chercheur en pétrologie métamorphique et de témoignages écrits comme ceux du biologiste François Jacob, quatre fonctions épistémologiques des investigations empiriques (IE) des chercheurs. La mise à l’épreuve d’un modèle hypothétique (IE1), qui correspond au type (2) ci-dessus ; la mise en tension critique des idées explicatives et des investigations empiriques (IE2), qui inclut les expériences pour voir (type 1), mais dans un sens plus large que Cl. Bernard, car comprenant aussi des interactions entre idées et données enrichissant les premières et précisant les secondes (pistes inattendues, contraintes, etc.) ; « l’instanciation » des modèles (IE3), où les expériences ont pour but de préciser un modèle établi (caractéristiques, localisation, quantifications, etc.) ; et les expériences ou relevés descriptifs (IE4), comme des expériences d’établissement d’une carte génétique. Les fonctions IE3 et IE4 visent l’obtention de précisions, mais sans intention explicative pour IE4 : le type (3) englobe ces déterminations, celles incluses dans un système explicatif comme celles qui seraient faites pour elles-mêmes.

19Les types (4) et (5) ne paraissent pas liés à ces quatre fonctions, probablement du fait que le type (4) concerne des aspects plus techniques et que le type (5) se rencontre plutôt dans des domaines scientifiques spécifiques, à échelle très grande (tectonique des plaques, cosmologie, météorologie) ou très petite (physique quantique).

20En dehors de ces types particuliers, on perçoit une bonne correspondance dans les usages de l’expérience repérées.

21Les pratiques dans l’enseignement des sciences sont susceptibles de concerner chacune des catégories identifiées. Elles peuvent en favoriser certaines, mais également comporter des expériences relevant d’une autre catégorie.

1.2. Distinctions historiques et actuelles dans le champ de l’éducation scientifique

22Condorcet réclamait, dans son projet pour l’instruction publique, que les sciences soient « fondées sur l’observation et l’expérience » (1791/1994). Les écoles centrales de la Révolution (de 1794), ancêtres des lycées, possèdent chacune un jardin, un cabinet d’histoire naturelle et un cabinet de physique expérimentale. Le professeur montre l’expérience, en une présentation parfois théâtrale, pour rendre le phénomène sensible ou pour confirmer la théorie par une expérience-« preuve » : la monstration est habituelle dans ces écoles, qui furent sans doute les plus orientées vers les sciences parmi celles qui aient existé.

23Au cours du XIXe siècle, alors qu’en France le lien avec l’expérience se réduit souvent à la présentation en classe d’instruments, qui devient un « empilement de bazar instrumental » (Bouasse, 1901), l’enseignement public des sciences est promu en Grande-Bretagne par un comité qui reçoit l’approbation de Darwin et prône une method of investigation dans laquelle interviennent des tests expérimentaux d’idées d’élèves (Wilson, 1867).

  • 7 « tout comme un cuisinier procéderait pour suivre une nouvelle recette ».

24Les travaux pratiques (TP) sont introduits en France en 1902 : on veut que les élèves extraient les théories des expériences par induction. Aux États-Unis, les éducateurs estiment qu’il faut y adjoindre « the way of experimental verification » (Thorndike, 1906 p. 157). Rapidement sont dénoncées les manipulations d’élèves réalisées « just as a cook would proceed to follow a new recipe »7 (Parker, 1914, p. 460), inaugurant la désignation parlante de cookbook science, maintes fois reprise.

25Les expériences que l’enseignant fait paraître entre ses mains, ou entre celles de ses élèves qui ont simplement à suivre la recette fournie, forment une nouvelle catégorie :
(6) Monstration ou protocole à suivre (expérience pour faire voir).

26Des considérations épistémologiques importantes concernant l’expérience dans l’enseignement scientifique sont issues, au XXe siècle, des réflexions de Dewey et de Piaget.

27Pour Dewey, « le terme expérience peut être interprété de deux manières, selon qu’il concerne une attitude de l’esprit soit empirique, soit expérimentale ». L’attitude empirique se réduit au constat de faits accumulés, tandis que l’attitude expérimentale prend appui sur une hypothèse à partir de laquelle des variations sont intentionnellement provoquées, et implique une comparaison des résultats du raisonnement avec ceux de l’intervention (1910/1991, p. 151-156). Il souhaite que soient présentés dans les classes « des problèmes typiques à résoudre par la réflexion et l’expérimentation personnelles », et distingue l’expérimentation de la manipulation en précisant qu’il n’existe « aucun moyen magique par lequel la simple activité physique ou une habile manipulation puisse garantir un développement intellectuel » (ibid., p. 168), alors que la conscience de la plupart des enseignants « est tout à fait en paix dès lors que les élèves sont placés dans quelque activité pratique » (1910).

28Piaget délimite strictement les conditions auxquelles il est pour lui légitime de parler d’expérience en classe et de lui conférer une valeur formatrice (1972/1988, p. 24-25). Il dénonce tout d’abord un premier style d’enseignement expérimental :

« L’incroyable lacune des écoles traditionnelles, jusqu’à ces dernières années y compris, est d’avoir négligé presque systématiquement la formation des élèves à l’expérimentation : ce ne sont pas, en effet, les expériences que le maître peut faire devant eux ou même qu’ils font de leurs mains, mais selon une procédure déjà établie et qu’on leur dicte simplement, qui leur apprendront les règles générales de toute expérience scientifique ».

29Ce sont bien là les deux formes qui entrent dans la catégorie (6), dans la mesure où tout le déroulement de l’expérience, à suivre visuellement ou manuellement, est exposé.

30Piaget prône ensuite « la spontanéité des recherches dans la manipulation de dispositifs destinés à prouver ou à infirmer les hypothèses qu’ils auront pu faire d’eux-mêmes », et met fortement l’accent sur la part d’initiative des élèves :

« Une expérience qu’on ne fait pas soi-même avec toute liberté d’initiative n’est, par définition, plus une expérience, mais un simple dressage sans valeur formatrice faute de compréhension suffisante du détail des démarches successives. »

31L’accord avec Dewey est sensible :

« Si l’élève n’a pas l’occasion de prouver à ses risques et périls que son hypothèse est raisonnable, la leçon, au point de vue progrès du raisonnement est pratiquement nulle. » (Dewey, 1910/1991, p. 209).

32Piaget ajoute encore, à propos de « la formation de l’esprit expérimental » :

« répéter des expériences déjà faites est encore fort éloigné d’une éducation de l’esprit d’invention et même d’une formation de l’esprit de contrôle et de vérification » (1969, p. 74).

33Ces deux auteurs insistent ainsi à la fois sur l’importance d’expériences de la catégorie (2) et sur l’initiative des élèves et la part d’invention qui préside à l’instauration de celles-ci : le statut de l’expérience change suivant qui, de l’élève ou de l’enseignant, la conçoit, et c’est un élément que nous prendrons en compte dans l’analyse des exemples de la partie suivante.

34Bruner, entre autres, les rejoint, privilégiant l’enseignement selon « the hypothetical mode » et, considérant les bénéfices qui dérivent du fait de découvrir par soi-même, met en avant « les processus de formation d’hypothèses » et « les techniques conçues pour leur test. » (1979, p. X et 90).

35La valeur accordée à une démarche expérimentale autonome dans les nouvelles approches étudiées semble reposer sur les vues convergentes de ces auteurs.

36De nombreuses études plus récentes réitèrent leurs critiques et réaffirment les mêmes préceptes sur l’expérimentation, souvent en ignorant ces voix vigoureuses mais désormais lointaines, sans ajouter beaucoup cependant à leur force.

37D’autres travaux ont également mis en avant l’idée que la pratique elle-même d’activités expérimentales permet de développer les capacités d’invention ou encore d’interprétation attachées au travail expérimental.

38Ainsi en 1983, l’unité de recherche en didactique des sciences expérimentales de l’INRP présente un « essai de caractérisation » où sont définis trois types d’activités, qui peuvent inclure des activités expérimentales (INRP, 1983) : activités fonctionnelles, activités de résolution de problèmes et activités de synthèse ou de structuration. Cette caractérisation est reprise dans le modèle pédagogique par investigation-structuration (Astolfi & Develay, 1989), adapté par Coquidé (1998) qui distingue trois modes didactiques d’activités expérimentales : familiarisation pratique (explorations en initiation scientifique ou lors de l’abord d’un nouveau sujet étude, expériences-actions), investigation empirique (mise en œuvre d’une « réelle démarche d’investigation », expériences-objets) et élaboration théorique (centrée sur le savoir théorique à construire, sa validation et son application, expériences-outils ou expériences-validation). Bayram (2005, p. 21) qui met l’accent sur l’acquisition de techniques de base, d’un référent pour les phénomènes, d’une familiarité avec des faits ou des phénomènes, propose la catégorie « savoir d’expérience » pour « les items faisant explicitement référence à ce qui ne peut pas s’énoncer, ce qui doit être montré, ce qui relève d’une pratique personnelle » (p. 37).

39Les types d’expériences des modes didactiques distingués par Coquidé peuvent être mis en lien avec les types (1) à (6) déterminés précédemment. Astolfi, Perterfalvi et Vérin (1998, p. 110-112) placent les expériences pour voir (type 1) dans le registre de la familiarisation, les expériences pour tester (type 2) dans celui des investigations et les monstrations (type 6) dans celui de l’élaboration théorique, où ils situent également les expériences illustratives et les expériences pour démontrer, conceptualiser et modéliser : les types (3), (4) et (5) (détermination, production d’un effet visé, analogie) identifiés dans la recherche scientifique peuvent également être utilisés dans ce mode didactique d’élaboration de concepts.

40Nous interrogeons l’usage des six catégories proposées dans les nouvelles approches de l’enseignement des sciences que constituent la démarche d’investigation et les tâches complexes.

2. Expériences dans les textes et les exemples officiels de DI et de TC

2.1. Le statut de l’expérience dans les textes de cadrage de ces approches

41Les textes officiels qui préconisent la mise en œuvre de DI et de TC comprennent des précisions sur la mise en œuvre et le statut des expériences : nous considérons ci-dessous celles qui y sont présentes et s’y rapportent spécifiquement.

  • 8 BOEN hors-série n° 5 du  août 2005.

42L’introduction commune à l’ensemble des disciplines scientifiques8 des programmes de collège, qui présente les caractéristiques d’une DI, indique que la réalisation effective d’une expérience n’est pas systématique : « chaque fois qu’elles sont possibles, [...] l’observation, l’expérimentation ou l’action directe par les élèves sur le réel doivent être privilégiées ».

43Le rôle de l’expérimentation y est précisé : sciences expérimentales et mathématiques diffèrent par « leurs méthodes de preuve », et les élèves doivent prendre conscience « à la fois de la proximité de ces démarches (résolution de problèmes, formulation respectivement d’hypothèses explicatives et de conjectures) et des particularités de chacune d’entre elles, notamment en ce qui concerne la validation, par l’expérimentation d’un côté, par la démonstration de l’autre. »

44L’expérimentation apparaît donc comme la procédure de validation d’hypothèses explicatives, ce que confirment ces précisions du canevas : « formulation orale ou écrite de conjectures ou d’hypothèses par les élèves », puis « élaboration éventuelle d’expériences, destinées à tester ces hypothèses ou conjectures ». La conception des hypothèses comme celle des expériences, quand elles sont possibles, revient aux élèves, ce dont témoigne encore l’alinéa « communication à la classe [...] des éventuels protocoles expérimentaux proposés ».

45Le statut de l’expérience envisagé dans cette approche est donc celui de la catégorie (2).

46Au lycée, les programmes de SPC de seconde et de première scientifique indiquent que « dans la continuité du collège », la DI s’inscrit dans la logique pédagogique de la discipline, qui vise à rendre l’élève « capable de mettre en œuvre un raisonnement pour identifier un problème, formuler des hypothèses, les confronter aux constats expérimentaux et exercer son esprit critique. »

47Là aussi, les expériences sont mises en relation étroite avec les hypothèses formulées.

48Les programmes de SVT se réfèrent aussi à la DI, proposant un canevas en correspondance avec celui du collège.

49D’autres paragraphes encadrent les activités expérimentales des élèves, en particulier en physique-chimie, mais sans référence explicite à la mise en œuvre d’une DI.

50Quant à la définition d’une tâche complexe9, si elle n’implique pas de recours nécessaire à l’expérience, celle-ci peut cependant faire partie des ressources internes (expérience connue) et/ou externes (protocoles, fiches techniques) que les élèves doivent mobiliser dans leur démarche. Une consigne leur indique « ce qu’ils doivent faire et ce qu’ils doivent produire sans indiquer comment s’y prendre » : chacun a « le choix des procédures de base présentes dans le répertoire de ses ressources et de leur combinaison selon sa propre démarche intellectuelle ».

51Ainsi dans le premier exemple retenu dans notre étude (tableau 4, exemple 29) leur donne-t-on la mission de « réaliser l’extraction et l’identification de la caféine », ils disposent d’une fiche sur « quelques propriétés des solvants extracteurs » mais le matériel de chromatographie ne leur est fourni que sur demande.

52Assez vigoureusement, le texte stipule : « On cesse de “robotiser” les élèves, de les transformer en simples exécutants de la pensée du professeur ».

53Éloigner beaucoup l’élève du rôle de simple exécutant ne paraît pas si aisé lorsque la tâche comporte une expérience, dans la mesure où l’élève doit puiser dans le « répertoire de ses ressources » : s’y trouvent des expériences connues et/ou des protocoles fournis, susceptibles de laisser entrevoir la pensée du professeur sur la marche à suivre.

2.2. Corpus d’exemples analysé et méthodologie

54La recherche d’exemples de DI et de TC proposés aux enseignants a été menée dans tous les documents ministériels mis à leur disposition susceptibles d’en comporter, soit :
- dans l’ensemble des Ressources d’accompagnement10 de SPC et de SVT disponibles sur le portail national officiel Éduscol, pour les classes de collège, de seconde, de première et terminale de la série scientifique ;
- dans l’ensemble des documents accessibles sur les sites mis en liens dans ces Ressources ;
- dans l’ensemble des Ressources pour le socle commun11 du même portail, où une « banque de situations d’apprentissage et d’évaluation pour la compétence 3 offre un ensemble de ressources disciplinaires (mathématiques, SVT, sciences physiques et chimiques, technologie, etc.) et pluridisciplinaires à télécharger » ;
- dans l’ensemble des Ressources disciplinaires disponibles sur les sites disciplinaires nationaux de SPC (eduscol.education.fr/physique-chimie) et de SVT (eduscol.education.fr/svt).

55La recherche d’exemples de DI et de TC comportant la réalisation d’expériences a donc été réalisée sur la totalité des documents mis à la disposition des enseignants en sciences expérimentales par le ministère de l’Éducation.

56Seuls les exemples de DI et de TC comportant la réalisation d’expériences ont été retenus, en considérant les statuts d’expériences destinées à être effectivement mises en œuvre en classe, et non le travail sur des expériences simplement relatées.

57Les documents en comportant sont désignés ci-dessous par les lettres A à I de façon à indiquer, dans les tableaux 2, 3 et 4, quel est le document source de la séquence et à quelle page se situe ou débute sa description (A72 pour document A, page 72).

58Le tableau 2 indique de quelles sources (documents A à F) sont extraits quels exemples (1 à 39).

59En SPC, les Ressources d’accompagnement du cycle central (documents A et B) proposent 21 exemples de telles DI, que nous nommons exemples 1 à 21 (les quatre liens indiqués vers des sites proposant « des situations déclenchantes relatives à la DI » en page 19, sont inactifs), celles de troisième indiquent six liens vers des exemples de DI, dont un seul est actif (document C) et en propose 7 (exemples 22 à 28), celles de seconde (document D) n’en proposent qu’un, exemple à la fois de DI et de TC, dans le thème « santé » (exemple 29), celles de première scientifique (document E), deux (exemples 30 et 31), celles de terminale scientifique, aucun.

60En SVT, les Ressources d’accompagnement proposent, de la sixième à la terminale de la série scientifique, un seul exemple de DI comportant la réalisation d’expériences, dans les « principes généraux » pour le collège (document F, exemple 32) et un seul exemple de TC comportant la réalisation d’expériences, en terminale scientifique (document G, exemple 39).

61Dans les Ressources pour le socle commun et les Ressources disciplinaires, on retrouve des exemples déjà présents dans les Ressources d’accompagnement mais aussi des exemples supplémentaires dans la « Banque de situations d’apprentissage et d’évaluation pour la compétence 3 » (document H, exemples 33 à 37) et, en SVT, « La mise en œuvre du socle et l’évolution d’une discipline » (document I, exemple 38).

62Notre corpus se compose des 39 exemples provenant des documents A à F suivants :

Tableau 2 : les 9 sources (A à I) des 39 exemples de DI et de TC constituant le corpus étudié

SOURCES Exemples
de DI et/ou TC
Documents A à F Ressources d’accompagnement, SPC
A Physique-chimie, collège, cycle central, projet de document d’accompagnement (17 mars 2008)12. DI 1 à 21
B « Annexe LA DÉMARCHE D’INVESTIGATION »13 : précise les exemples 4 et 19. DI 4 et 19 précisés
C Ressources en physique-chimie classe de troisième (août 2008)14.
Exemples issus du lien actif : « Ressources pédagogiques en sciences physiques et chimiques »15
DI 22 à 28
D Ressources pour la classe de seconde, physique-chimie, thème « santé » (20 juillet 2010)16. DI +TC 29
E Ressources pour la classe de première, physique -chimie, Série S (juillet 2011)17. DI 30 et 31
Ressources d’accompagnement, SVT
F SVT, Collège, Ressources pour les classes du collège - principes généraux (septembre 2009)18. DI 32
G Ressources pour la classe terminale, SVT Série S, thème 3-B (juillet 2012)19. TC 39
Ressources pour le socle commun
H Banque de situations d’apprentissage et d’évaluation pour la compétence 320. TC 33 à 37
Ressources disciplinaires
I Socle commun de connaissances et de compétences. La mise en œuvre du socle et l’évolution d’une discipline, les sciences de la vie et de la Terre (mai 2011)21. TC 38

63Pour chacune des activités prévues dans ce corpus est relevé le ou les types d’expériences envisagés parmi les catégories (1) à (6) décrites précédemment, ainsi que le fait que leur conception revienne à l’enseignant ou aux élèves. L’étude concerne les statuts conférés aux expériences dans ces nouvelles approches par leurs prescripteurs, statuts repérables en fonction des exemples présentés dans les documents qu’ils fournissent ou désignent. Les catégorisations sont par conséquent effectuées d’après les indications y figurant, et non lors d’observations de séquences en classe au cours desquelles ces statuts pourraient être modifiés.

64Les indications présentes dans ces documents sont en général suffisamment explicites pour déterminer s’il est prévu que ce soit l’enseignant qui propose des expériences ou les élèves qui les conçoivent, ainsi que pour repérer quels sont leurs statuts relativement aux catégories (1) à (6), et pour renseigner ainsi le tableau 3. Lorsqu’il y a une ambiguïté, elle est signalée dans ce tableau par une croix entre parenthèses.

65Ces indications sont relevées, selon le cas, dans le descriptif de l’activité prévue, dans les consignes à donner aux élèves, dans les objectifs listés, dans les critères de réussite affichés, etc. Des formulations indiquent dans la plupart des cas qui conçoit une expérience et dans quel but : « le professeur demande aux élèves d’imaginer une expérience pour... », « faire constater expérimentalement que... », « l’enseignant réalise une expérience de diffusion de deux gaz devant les élèves », « Je dois imaginer une expérience pour... », « après avoir écrit les hypothèses, proposer une expérience qui va permettre de les confirmer ou non », « l’élève propose un protocole afin d’identifier chaque métal », « je leur montre alors une série d’expériences où l’on mesure... ».

66S’il n’est pas possible de présenter l’analyse de chacune des 39 séquences formant notre corpus, un exemple permet d’expliciter le processus de catégorisation : le descriptif de l’exemple 1 (document A, page 12) précise « L’enseignant propose d’imaginer des expériences qui permettent de répondre aux questions posées. [...] Les élèves, parfois individuellement mais le plus souvent en petits groupes, formulent oralement des hypothèses puis des protocoles destinés à valider ou infirmer les dites hypothèses. »

67Il apparaît donc que dans cet exemple, les expériences sont proposées par les élèves et qu’il s’agit d’expériences de contrôle de leurs hypothèses, la ligne correspondant à ce premier exemple dans le tableau 3 est de ce fait cochée dans la partie « expériences conçues par les élèves », catégorie (2).

68Le tableau 3 présente ces données pour les DI, le tableau 4 pour les TC.

69Une discussion plus précise de certains de ces exemples sera ensuite proposée.

2.3. Résultats

70Dans les tableaux 3 et 4 de présentation des résultats, plusieurs catégories peuvent correspondre à un exemple de situation : des expériences de différents types peuvent être prévues dans la même séquence, ou encore une expérience peut correspondre en même temps à plusieurs catégories.

71Des numéros ont été attribués aux exemples pour faciliter leur repérage dans la discussion.

72Dans le corpus considéré, les types les plus fréquents sont (6) (monstration ou protocole à suivre) et (2) (contrôle). Viennent ensuite les déterminations (3), notamment en chimie, puis des expériences de type (4) visant à produire un effet donné (faire en sorte qu’une lumière atteigne tel point…). Peu d’expériences analogiques (type 5) ont été rencontrées (elles sont présentes cependant dans un exemple de DI en SPC (27) et de TC en SVT (38)), et aucune expérience pour voir (type 1).

Tableau 3-A : types d’expériences dans les exemples d’activités proposées en lien avec la DI dans les Ressources officielles en SPC et en SVT, au collège et au lycée

DEMARCHES D’INVESTIGATION
physique-chimie et sciences de la vie et de la Terre
collège-lycée
En italiques : exemples explicitement qualifiés de DI
Expériences proposées par l’enseignant
Expérience pour voir Expérience de contrôle Expérience de détermination Expérience pour produire un effet visé Expérience analogique Monstration ou protocole à suivre
1 2 3 4 5 6
PHYSIQUE CHIMIE
1. Matériaux laissant passer le courant électrique ou non A12
2. Sens de branchement des dipôles A29
3. Compressibilité de l’eau par rapport à l’air A29
4. Recueil et identification du dioxyde de carbone A54+B x x x
5. Chromatographie de colorants alimentaires A55 x
6. Changements d’état de l’eau A61 x x
7. Visibilité d’un objet : prédiction-vérification A69 x
8. Conditions de visibilité d’un objet : modification du montage A70
9. Propagation de la lumière (laser) A70 x
10. Propagation de la lumière (fente) : prédiction-vérification A71 x
11. Les ombres : prédiction-vérification A72 x
12. Modèle particulaire : compressibilité des gaz A78 x x
13. Introduction d’un modèle particulaire : diffusion de deux gaz A80 x
14. Changements d’état de l’eau et conservation de la masse A84 x x
15. Conservation de la masse lors des transformations chimiques A96 x x
16. Influence d’une résistance ajoutée en série dans un circuit A99
17. « Démarche pédagogique expérimentale sur la loi d’Ohm » A100
18. Synthèse additive des lumières colorées (téléviseur) A102+B
19. Synthèse additive (faisceaux colorés) A102 x x x
20. Lentille et formation d’image A103 x x
21.  astronomique A105 x x
22. La pile : un réservoir d’énergie chimique C x x
23. Les métaux les plus couramment utilisés C
24. Conduction électrique dans les solutions aqueuses C x x
25. L’ion et la conduction électrique dans les solutions aqueuses C
26. Test de reconnaissance d’ions C x
27. Un récipient pour les cornichons C x
28. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer C
29. Extraction et identification de la caféine D20
30. Un entretien d’embauche autour du Dakin® E30
31. Préparation d’une solution ionique de concentration donnée E45
SCIENCES ET VIE DE LA TERRE
32. Respiration dans les milieux (5e) F5 x
1 2 3 4 5 6
Totaux - 1 11 3 - 16

Tableau 3-B : types d’expériences dans les exemples d’activités proposées en lien avec la DI dans les Ressources officielles en SPC et en SVT, au collège et au lycée

DEMARCHES D’INVESTIGATION
physique-chimie et sciences de la vie et de la Terre
collège-lycée
En italiques : exemples explicitement qualifiés de DI
Expériences conçues par les élèves
Expérience pour voir Expérience de contrôle Expérience de détermination Expérience pour produire un effet visé Expérience analogique Monstration ou protocole à suivre
1 2 3 4 5 6
PHYSIQUE CHIMIE
1. Matériaux laissant passer le courant électrique ou non A12 x
2. Sens de branchement des dipôles A29 x
3. Compressibilité de l’eau par rapport à l’air A29 x
4. Recueil et identification du dioxyde de carbone A54+B x (x) x
5. Chromatographie de colorants alimentaires A55
6. Changements d’état de l’eau A61
7. Visibilité d’un objet : prédiction-vérification A69
8. Conditions de visibilité d’un objet : modification du montage A70 x
9. Propagation de la lumière (laser) A70 x x
10. Propagation de la lumière (fente) : prédiction-vérification A71 x
11. Les ombres : prédiction-vérification A72 x
12. Modèle particulaire : compressibilité des gaz A78
13. Introduction d’un modèle particulaire : diffusion de deux gaz A80
14. Changements d’état de l’eau et conservation de la masse A84
15. Conservation de la masse lors des transformations chimiques A96
16. Influence d’une résistance ajoutée en série dans un circuit A99 x
17. « Démarche pédagogique expérimentale sur la loi d’Ohm » A100 x
18. Synthèse additive des lumières colorées (téléviseur) A102+B x x
19. Synthèse additive (faisceaux colorés) A102
20. Lentille et formation d’image A103
21.  astronomique A105
22. La pile : un réservoir d’énergie chimique C x
23. Les métaux les plus couramment utilisés C x
24. Conduction électrique dans les solutions aqueuses C
25. L’ion et la conduction électrique dans les solutions aqueuses C x
26. Test de reconnaissance d’ions C x
27. Un récipient pour les cornichons C (x) x
28. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer C (x)
29. Extraction et identification de la caféine D20 x x
30. Un entretien d’embauche autour du Dakin® E30 x x
31. Préparation d’une solution ionique de concentration donnée E45 x
SCIENCES ET VIE DE LA TERRE
32. Respiration dans les milieux (5e) F5 (x)
1 2 3 4 5 6
Totaux - 14 6 7 1 -

Tableau 4-A : types d’expériences dans les exemples d’activités proposées en lien avec les TC dans les Ressources officielles en SPC et en SVT, au collège et au lycée

TÂCHES COMPLEXES
physique-chimie et sciences de la vie et de la Terre
collège-lycée
Expériences proposées par l’enseignant
Expérience pour voir Expérience de contrôle Expérience de détermination Expérience pour produire un effet visé Expérience analogique Monstration ou protocole à suivre
1 2 3 4 5 6
PHYSIQUE-CHIMIE
29. Extraction et identification de la caféine D20
(exemple à la fois de DI et de TC)
33. Le barbecue H
34. L’énergie électrique et son coût H
35. Oscilloscope H
36. Phares de voiture H
SCIENCES ET VIE DE LA TERRE
37. ADN H x x
38. Étude des mouvements atmosphériques I27
39. Le réflexe myotatique (TS) G5 x
1 2 3 4 5 6
Totaux - - 1 - - 2
3

Tableau 4-B : types d’expériences dans les exemples d’activités proposées en lien avec les TC dans les Ressources officielles en SPC et en SVT, au collège et au lycée

TÂCHES COMPLEXES
physique-chimie et sciences de la vie et de la Terre
collège-lycée
Expériences conçues par les élèves
Expérience pour voir Expérience de contrôle Expérience de détermination Expérience pour produire un effet visé Expérience analogique Monstration ou protocole à suivre
1 2 3 4 5 6
PHYSIQUE-CHIMIE
29. Extraction et identification de la caféine D20
(exemple à la fois de DI et de TC)
x x
33. Le barbecue H x
34. L’énergie électrique et son coût H x
35. Oscilloscope H x
36. Phares de voiture H x
SCIENCES ET VIE DE LA TERRE
37. ADN H
38. Étude des mouvements atmosphériques I27 x x
39. Le réflexe myotatique (TS) G5
1 2 3 4 5 6
Totaux - - 4 3 1 -
8

2.4. Analyse des résultats

73Une vue d’ensemble du tableau 3 montre une répartition relativement équilibrée, dans les DI, d’expériences prévues pour être proposées par l’enseignant ou pour être conçues par les élèves, tandis que le tableau 4 indique, pour les TC, une part plus importante laissée à celles-ci. Cela semble refléter le fait que les TC seraient d’une nature plus favorable au développement de l’initiative des élèves. On peut considérer que les TC viennent de ce point de vue combler un déficit dans la mise en œuvre des DI, dont la définition comporte explicitement une part d’initiative conséquente laissée aux élèves.

74Dans les DI, les expériences proposées par l’enseignant sont le plus souvent de type (6), monstrations ou protocoles à suivre, et fréquemment de type (3), démonstrations à réaliser. Celles conçues par les élèves sont essentiellement des expériences de contrôle (2), elles sont plus rarement destinées à déterminer une caractéristique (3) ou à produire un effet (4).

75Le canevas officiel d’une DI prévoit que la conception de protocoles revienne aux élèves, et que l’expérience conçue serve de contrôle à leurs hypothèses (catégorie 2) : moins de la moitié des exemples analysés répond à ce critère, même dans les quinze exemples spécifiquement étiquetés « DI » (en italiques dans le tableau 3 : exemples 1, 4, 7, 18, 22 à 32) où seuls six cas y correspondent, sept cas si l’on tient compte du fait que dans l’exemple 32 « il n’est pas exclu » de mettre les élèves en situation de concevoir le protocole.

76Le statut de l’expérience dans les exemples officiels de DI ne correspond donc pas, dans la plupart de ces cas, à celui qui est décrit par la définition de cette démarche (catégorie 2), statut revendiqué pour l’enseignement scientifique dès les analyses de Dewey et de Piaget.

77Dans les exemples de TC étudiés, les types d’expériences sont assez diversifiés, et celles-ci sont le plus souvent conçues par les élèves qui ont à opérer des choix, la plupart du temps celui d’un moyen pour déterminer une valeur ou produire l’effet requis par la consigne. L’expérience paraît ainsi jouer le rôle qui lui est assigné dans la définition d’une tâche complexe : celui d’une ressource à laquelle recourir.

78On remarque cependant l’absence d’expériences de type (2), catégorie majeure dans la recherche scientifique comme dans les préconisations d’éducateurs tels Dewey, Piaget ou Bruner et de nombreux autres partageant leur point de vue.

79Ces résultats d’ensemble méritent d’être nuancés par une discussion du contenu de certains de ces exemples, qui permet de mieux discerner le statut qui s’y trouve conféré aux expériences.

3. Discussion

3.1. À propos des exemples de DI

80Il est révélateur de considérer, à travers ces exemples proposés aux enseignants, jusqu’où s’étend la part effective des élèves dans l’élaboration des expériences, quel est le rôle de celles-ci en tant qu’éléments d’investigation plutôt que de simple restitution ou d’évaluation, et plus précisément en tant qu’éléments de mise à l’épreuve d’idées.

3.1.1. La part d’effort intellectuel dans la conception d’expériences

81L’un des exemples de ce corpus (exemple 1) présente un intérêt particulier : dans le paragraphe intitulé « La démarche d’investigation » des Ressources pour le collège en SPC, il est choisi pour illustrer certaines des précisions fournies. Ainsi présenté comme prototype d’une DI, le professeur peut légitimement penser pouvoir en tirer des enseignements pour la mise en œuvre d’une telle démarche. À juste titre, à considérer le type d’expériences qui s’y rapporte dans le tableau 1 : des expériences proposées par les élèves, pour mettre leurs idées à l’épreuve (type 2).

82La recherche porte sur les matériaux qui laissent ou ne laissent pas passer le courant électrique. Un regard plus précis montre que la séquence intervient à un moment où les élèves viennent d’étudier la sous-partie « circuit électrique » et connaissent le schéma normalisé d’un tel circuit, avec ses symboles. L’hypothèse à élaborer sur la question de savoir si tel matériau laisse passer le courant ne peut être que « oui » ou « non », et l’effort d’imagination demandé pour élaborer une expérience de contrôle consiste alors à avoir l’idée d’insérer celui-ci dans le circuit.

83Cet exemple montre que, lorsqu’un descriptif de DI met en avant le développement de la capacité des élèves à concevoir des expériences, la portée de la tâche peut être relativisée par la difficulté de la conception demandée : ce cas se rapproche de celui dans lequel on peut proposer d’imaginer des expériences pour savoir quels matériaux flottent ou coulent, l’effort intellectuel attendu pour concevoir un protocole n’étant alors pas considérable.

84Les exemples 2, 16 et 17 sont de même nature, ainsi dans l’exemple 2, la question est de savoir si en courant continu il y a un sens de branchement à respecter pour les dipôles. L’hypothèse proposée est que non, la « vérification expérimentale des hypothèses avec anticipation des conclusions » consiste à effectuer les branchements dans les deux sens. L’exemple 16 est très semblable.

85Dans l’exemple 3, qui débute par la question « l’eau à l’état liquide est-elle compressible comme l’air qui est gazeux ? », une fois émise l’hypothèse que l’eau est moins compressible que l’air (d’autres élèves pouvant se rabattre sur les deux seules autres possibilités : autant ou plus), concevoir l’expérience consiste à imaginer un moyen de comparaison de leur compression, les élèves ayant déjà constaté que l’air est compressible.

86Dans de tels cas, qui ne sont pas rares, les expériences de contrôle sont certes conçues par les élèves, mais il s’agit d’expériences de « type 2 affaibli », lorsque l’effort conceptuel est peu distant de l’évidence. Ce peut être un choix des auteurs si l’essentiel de l’effort conceptuel porte sur l’élaboration d’hypothèses, mais on voit dans ces exemples officiels que tel n’est pas le cas, puisque celles-ci se réduisent, du fait des questions posées, à oui ou non ou à plus ou moins. Le cas est bien différent dans l’exemple 25, où il est demandé aux élèves de proposer des raisons pour lesquelles telle ou telle solution chimique sera ou non, à leur avis, conductrice d’électricité : s’ils mettent là aussi en œuvre des expériences qu’ils n’ont pas de mal à concevoir, un effort intellectuel précède et suit cette phase pratique.

87La transparence des expériences attendues peut être, comme dans les cas précédents, liée à la nature de la recherche à entreprendre, elle peut également provenir d’aspects fortement inducteurs ou révélateurs présentés par la consigne donnée, la question posée ou le matériel fourni.

88Ainsi, des indications orientent parfois fortement l’investigation et les élèves (exemples 18, 27, 28). Dans l’exemple 18, il leur est demandé d’imaginer une expérience « qui permettrait d’obtenir du blanc et d’autres couleurs à partir des trois lumières colorées verte, rouge et bleue ». Les élèves, ayant connaissance du dispositif nommé « boîte à lumière » et des diapositives colorées, proposent sans surprise un mélange des lumières citées. De même dans l’exemple 27, une réflexion assez guidée est menée sur le fait que des cornichons au vinaigre soient conditionnés dans des récipients en verre plutôt qu’en fer, pour arriver au « problème scientifique » : « je dois déterminer si le fer réagit avec les acides ». S’ensuit l’annonce d’une « proposition d’un protocole expérimental par les élèves », et ce sont bien eux qui proposent, fort raisonnablement : « on mélange du fer avec du vinaigre ».

89Dans d’autres cas, le professeur initie une investigation mais son objectif est avant tout de faire utiliser aux élèves une technique particulière, qu’ils ne peuvent guère découvrir. Ainsi l’exemple 4, « de démarche d’investigation en classe de cinquième », concerne le recueil et l’identification du dioxyde de carbone. Les élèves doivent imaginer une expérience pour récupérer le gaz dissous dans des bouteilles d’eau gazeuse, mais au final « le professeur propose le schéma de l’expérience et réalise l’expérience de récupération » (par déplacement d’eau) : le document fourni à titre d’exemple suggère cette intervention au professeur, et non l’exploitation de ce que les élèves peuvent imaginer dans leur investigation, comme une technique plus simple aisément proposable (par exemple, couvrir la bouteille d’un ballon de baudruche).

90Quand il s’agit d’identifier le gaz recueilli, les élèves disposent d’un document « avec les tests de reconnaissances des gaz » : lorsqu’il est précisé qu’ils « élaborent un protocole en utilisant les documents », l’élaboration se réduit à la proposition de ces tests.

91Cette séquence modifiée en prévoyant la mise en œuvre d’une expérience issue de propositions d’élèves correspondrait davantage à une investigation, mais ne répondrait toujours pas au descriptif officiel d’une DI dans laquelle les expériences doivent contrôler des hypothèses explicatives, qui ne peuvent trouver leur place dans la recherche d’un moyen (ici de récupération de gaz).

3.1.2. Restitution et évaluation plutôt qu’investigation

92L’expérience présente parfois la marque d’une technique qu’il s’agit simplement de restituer. Dans l’exemple 30, l’élève doit « expliquer l’expérience à effectuer pour montrer que… » (telle solution absorbe dans le vert) : s’il a en mémoire le protocole adéquat, il fournira la réponse attendue. Puis il doit proposer un protocole pour acquérir deux mesures afin de compléter un graphe, et, si l’élève sait ce qu’est un graphe de A en fonction de B, il s’agit pratiquement là encore d’une restitution. Il doit ensuite réaliser une dernière expérience montrant qu’il sait utiliser son graphe. Ces exercices pourraient être ceux d’une évaluation, ce qui d’ailleurs, dans la présentation choisie, est bien le cas : le contexte est celui d’un entretien d’embauche qui a « pour but de vérifier vos compétences scientifiques ». Placer les élèves en investigation se confond ici avec évaluer une succession de tâches commandées.

93L’exemple 31 de DI s’apparente aussi fortement à un exercice : une mère souhaite donner 0,25 mg de fluor à son bébé mais elle n’a qu’un comprimé à 0,75 mg. Mortier et pilon sont mis à disposition, ainsi que de quoi peser. La mère souhaite donner cette dose dans 50 mL d’eau. Bien que cet exemple soit qualifié de DI et que l’élève doive matériellement préparer la solution ne comportant qu’un tiers du fluor du comprimé, il paraît difficile d’y reconnaître les caractéristiques d’une investigation plutôt que l’application de connaissances de base sur ce que signifie une masse donnée dans un volume donné.

3.1.3. Des exemples très distants de la DI

94Les exemples 29 à 31, dénommés DI dans les Ressources de lycée, présentent encore moins de caractéristiques définies officiellement par ailleurs pour ces démarches. Dans l’exemple 29, où en même temps l’élève est « confronté à des tâches complexes », il s’agit pour celui-ci de choisir dans un tableau un solvant pour extraire de la caféine d’une solution, puis de prendre la décision d’appliquer des techniques qu’il connaît pour la séparer du solvant et l’identifier. L’élève a donc l’initiative des expériences qu’il conduit, après un choix réfléchi : cet exemple correspond aux attendus des TC, avec des expériences de type 4 (séparer) et 3 (déterminer). Mais, ne comportant pas de contrôle d’hypothèse (type 2), il ne concorde pas avec la caractérisation d’une DI telle qu’elle se trouve décrite dans les programmes.

95Au final, sur les 32 exemples analysés de DI comportant des expériences, un seul (exemple 25) présente les caractéristiques d’une DI telles qu’elles sont décrites par les canevas des programmes de collège et de lycée, dont, en particulier, la conception par les élèves d’expériences contrôlant des hypothèses explicatives (expériences appartenant au type 2), même si l’investigation aurait pu y être plus approfondie. Certains exemples (tels les 9, 10, 18 concernant des propriétés de la lumière) pourraient, outre leur intérêt intrinsèque notable, être également orientés dans ce sens sans les modifier radicalement.

3.2. À propos des exemples de TC

96Pour les TC, l’adéquation entre la description de cette approche et les exemples proposés aux enseignants paraît supérieure que pour les DI. Dans l’exemple 29 (déjà analysé du point de vue de la DI du fait de sa double appartenance), les élèves ont à faire des rapprochements non évidents, des choix judicieux, des réinvestissements de techniques qui ne correspondent pas à de simples évaluations. Les expériences, de types (3) et (4), y tiennent les rôles annoncés par les textes de cadrage des TC.

97D’autres exemples font un usage de l’expérience moins conforme aux attendus officiels des TC, pour des raisons qui sont dans l’ensemble similaires à celles évoquées à propos des DI, que nous détaillons ci-dessous.

3.2.1. Expériences transparentes

98La nature de la tâche à accomplir expérimentalement ne nécessite parfois pas une grande recherche, tant les données fournies aux élèves les orientent.

99Dans l’exemple 33, ils doivent répondre à la question « que devient le charbon de bois » lors de sa combustion. Le fait que soient mis à leur disposition du sulfate de cuivre anhydre et de l’eau de chaux, en dehors de toute autre substance permettant d’identifier un éventuel produit, incite fortement les élèves à proposer, dès lors qu’ils connaissent l’usage de ces deux composés, que le charbon de bois devient ce que mettent en évidence, justement, le sulfate de cuivre anhydre et l’eau de chaux.

100Dans l’exemple 37 il s’agit, à l’aide de matériel et de documents, de convaincre quelqu’un du fait que « l’ADN est uniquement présent dans les cellules de tous les êtres vivants ». Telle qu’elle est énoncée, voilà une tâche véritablement complexe : vérifier chez tous les êtres vivants qu’il y a de l’ADN, et qu’il est absent partout ailleurs.

101L’élève dispose de nombreux échantillons tels que « chou-fleur, oignon, foie, saumon, banane, échantillon non biologique (talc) », de protocoles d’extraction d’ADN et d’un colorant avec une notice indiquant : « coloration ADN en vert ». Dès lors, la complexité de la tâche semble se réduire considérablement : l’élève réussira si après avoir suivi les protocoles d’extraction, il tente la coloration avec le colorant qui rend vert l’ADN.

3.2.2. Expériences imposées

102L’exemple 39 procure une occasion de discuter de la manière dont une expérience de type (6), imposée, pourrait avantageusement voir son statut orienté vers le type (2). Dans la situation proposée, l’expérience intervient au moment où il s’agit de trancher entre deux hypothèses concernant la longueur d’un circuit nerveux lors d’un réflexe : court si le centre en est la moelle épinière, long si c’est le cerveau. Un dispositif permet d’enregistrer le temps entre stimulation et réaction, et les élèves doivent réaliser l’enregistrement sans qu’ils aient donné de raison d’y procéder, ni qu’on leur en ait fournie. Nous sommes dans un suivi de protocole (type 6), et ce n’est qu’ensuite qu’ils auront à réfléchir à ce qu’ils feront du résultat ainsi obtenu : l’expérience sert ici à leur apporter des données utiles pour la question étudiée. La tâche complexe pourrait débuter alors, mais l’enseignant réduit fortement sa complexité en alimentant les élèves avec une autre donnée (la vitesse du message nerveux) et un « mètre à ruban permettant de mesurer des longueurs sur l’élève volontaire », sans qu’il soit précisé dans le document que cela doive répondre à une demande de leur part, la mention du mètre et de sa fonction figurant au contraire dans les « consignes données aux élèves ».

103Lorsque l’enseignant impose la réalisation d’une expérience puis met entre les mains des élèves un mètre en indiquant ce qu’il permet de mesurer, ils ne sont pas si loin d’être ces « simples exécutants de la pensée du professeur » que les textes cadrant les TC se prévalent de prohiber.

104L’expérience aurait eu un autre statut s’ils l’avaient conçue eux-mêmes, dans l’idée de disposer du temps d’aller-retour du réflexe afin de déterminer, en s’enquérant de la vitesse du message nerveux et du trajet à parcourir dans les deux hypothèses, laquelle correspondait à ce temps (expérience de type 2).

3.2.3. Expériences-restitutions

105Dans les exemples 34 et 35, les expériences consistent à utiliser correctement des appareils pour effectuer les mesures utiles : il s’agit avant tout de restitutions de connaissances sur leur usage, et d’applications.

106Notons que dans l’exemple 35, la fiche de présentation comporte, comme « capacités à évaluer en situation », uniquement « suivre un protocole donné, utiliser un appareil de mesure ; mesurer ; calculer, utiliser une formule », capacités dans lesquelles ne transparaissent pas celles avancées dans les textes définissant les TC.

107Dans l’exemple 36, l’élève doit, à partir de l’exemple de voitures qui n’ont qu’un phare qui fonctionne, « proposer une expérience », c’est-à-dire envisager un circuit dans lequel une lampe peut griller sans affecter l’autre. Au moment de l’abord de cette tâche, si l’élève a connaissance du circuit en dérivation, c’est une restitution, s’il n’en a pas connaissance, c’est un tâtonnement.

108Ces exemples de TC fournissent donc un ensemble contrasté en ce qui concerne l’usage de l’expérience qui y est fait, depuis un emploi en pleine conformité avec les objectifs affichés pour cette approche (exemple 29) jusqu’à des situations, nombreuses, qui minimisent la signification et la portée d’un recours aux pratiques expérimentales.

Conclusion

109L’expérience a connu, sous différentes formes, une longue carrière dans l’histoire des sciences. Les catégorisations de ces formes dans le domaine de la recherche scientifique ont conduit à distinguer différents types d’expériences. Ceux-ci ont été intégrés dans l’enseignement des sciences, qui y a adjoint une forme spécifique, celle où le professeur les montre directement aux élèves ou les leur fait réaliser en dirigeant leurs actes. Dans ce domaine, les types d’expériences ont été également discutés, et leur emploi en classe examiné en fonction de leur valeur éducative. Les points de vue convergents de Dewey et de Piaget forment une base théorique qui, sur cette question, n’a pas été contestée : pour eux, comme pour Bruner, c’est l’expérience conçue par l’élève pour tester ses propres hypothèses qui a le plus d’impact sur sa formation scientifique.

110Les nouvelles approches que sont la DI et les TC ont été mises en place dans le prolongement de ces logiques : dans les deux cas, on souhaite que puissent être mises en œuvre des expériences, et que les élèves mènent une investigation ou résolvent des tâches complexes par eux-mêmes. L’expérience privilégiée dans une telle optique est bien celle qu’élabore l’élève en fonction de ses idées : les textes de cadrage de la DI le mentionnent expressément, l’esprit des TC y incite.

111L’étude menée sur le corpus d’exemples mis à la disposition des enseignants montre cependant sur ce point l’absence fréquente de conformité entre ceux-ci et les descriptifs de référence, exemples et descriptifs étant pourtant tous deux officiels. Le plus souvent dans ces exemples, quand les expériences ne sont pas directement imposées par l’enseignant, elles s’imposent aux élèves du fait des consignes ou des données fournies dans le même temps : dès lors, la part des monstrations, des protocoles à suivre, des expériences de détermination de valeurs ou de mises en évidence et la restitution de protocoles y devient prépondérante, au détriment de l’expérience de contrôle conçue par eux-mêmes dans leur quête investigatrice ou dans la voie imaginée pour surmonter une tâche complexe.

112Indépendamment du problème de cohérence dans les instructions que cela pose aux enseignants qui ont à les appliquer, cela conduit à s’interroger sur le message que les prescripteurs souhaitent faire passer aux enseignants et aux élèves concernant la place du mental dans l’expérimental, et celle de l’expérimental dans les sciences expérimentales.

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Notes

1 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/PC/03/9/LGT-ressources_PC_cycle-TL-S_repere-formation_300039.pdf > (consulté le 2 septembre 2014).

2 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SVT/85/3/intro_repreres_SVT_208853.pdf> (consulté le 2 septembre 2014).

3 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Programmes/54/3/SPC_Ressources_CO_111543.pdf> (consulté le 2 septembre 2014).

4 Aristote, « De la respiration », 473ab, Petits traités d'histoire naturelle, 1999.

5 Pour la seconde, la première scientifique et la terminale scientifique : Bulletin officiel de l’Éducation nationale [désormais BOEN], numéros spéciaux des 29 avril 2010, 30 septembre 2010 et 13 octobre 2011.

6 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Programmes/54/1/SPC_DOC_DAC_CC_111541.pdf>, p. 68 (consulté le 10 mars 2015).

7 « tout comme un cuisinier procéderait pour suivre une nouvelle recette ».

8 BOEN hors-série n° 5 du  août 2005.

9 En ligne : <http://eduscol.education.fr/cid51827/temoignage-mise-en-oeuvre-dans-la-classe.html#definition> (consulté le 10 mars 2015).

10 En ligne : <http://eduscol.education.fr/pid25509/ressources-accompagnement.html> (consulté le 10 mars 2015).

11 En ligne : <http://eduscol.education.fr/pid28793/ressources-pour-le-socle-commun.html> (consulté le 10 mars 2015).

12 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Programmes/54/1/SPC_DOC_DAC_CC_111541.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

13 En ligne : <http://artic.ac-besancon.fr/sciences_physiques/guide_prof/college/doc_accomp_cycle_central/annexe_A.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

14 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Programmes/54/3/SPC_Ressources_CO_111543.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

15 En ligne : <http://artic.ac-besancon.fr/sciences_physiques/ressources/fiches_college.php?niveau=3&theme=9&cadre=28> (consulté le 10 mars 2015).

16 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SPC/93/0/LyceeGT_Ressources_2_Commun_SPC_Sante_149930.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

17 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/PC/57/7/LyceeGT_Ressources_PC_1_enseignement-specifique_187577.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

18 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Programmes/36/7/SVT_College_Ressources_Principes-generaux_117367.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

19 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SVT/99/2/Systeme_nerveux_219992.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

20 En ligne : <http://eduscol.education.fr/pid23228-cid55510/banque-de-situations-d-apprentissage-competence-3.html> (consulté le 10 mars 2015).

21 En ligne : <http://cache.media.eduscol.education.fr/file/socle_commun/47/6/Socle_SVT_mise-en-oeuvre_178476.pdf> (consulté le 10 mars 2015).

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Pour citer cet article

Référence papier

Jean-Yves Cariou, « Le statut épistémologique de l’expérience dans les nouvelles approches préconisées pour l’enseignement des sciences », RDST, 12 | 2015, 59-85.

Référence électronique

Jean-Yves Cariou, « Le statut épistémologique de l’expérience dans les nouvelles approches préconisées pour l’enseignement des sciences », RDST [En ligne], 12 | 2015, mis en ligne le 15 novembre 2017, consulté le 16 novembre 2019. URL : http://journals.openedition.org/rdst/1132 ; DOI : 10.4000/rdst.1132

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Auteur

Jean-Yves Cariou

Université des Antilles, Centre de recherches et de ressources en éducation et formation (CRREF)

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