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Recherches sur l’école et ses partenaires scientifiques

Construction par des doctorants de situations d’enseignement-apprentissage dans le cadre d’un partenariat innovant (EDIFICE)

Development of teaching-learning situations by PhD students within the framework of an innovative partnership
Vincent Voisin and Nathalie Magneron
p. 161-191

Abstracts

The University of Orléans, France, has set up, through an IDEFI project (initiatives of excellence in innovative training), a science partnership between High School and laboratories, entitled “EDIFICE”, in order to offer cohorts of High School students a teaching through research immersion in scientific research centers under the supervision of PhD students. The research, centered on eight teams (PhD student-High School students-teacher), studies how the PhD students imagine and build the laboratory moments with the students and the influence of the partners in this construction to examine and understand the gaps with the project prescription. Therefore, project documents, PhD students, High-School students and teacher semi-structured interviews, notes on the visits of the labs and observations of oral presentations of the students, slideshows and laboratory notebooks of the High School students, as well as research articles written by the PhD students which have been exploited. The results highlight that, on the one hand, there are four types of gaps between the learning-teaching situation constructed and these prescribed and on the other hand, some negotiations between the actors may have influenced the construction of the situations and so could explain the gaps spotted.

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Full text

Introduction

  • 1 Centre national de la recherche scientifique.
  • 2 Bureau de recherches géologiques et minières.

1Un projet visant à favoriser l’orientation des jeunes dans des filières scientifiques a été mis en place par l’université d’Orléans en partenariat avec trois lycées orléanais, le CNRS1 et le BRGM2. La première tranche de ce projet intitulé EDIFICE, propose à des doctorants la prise en charge, dans le cadre de moments d’enseignement-apprentissage, d’élèves de lycée, accompagnés par un de leurs enseignants, en immersion dans les laboratoires scientifiques. Le contexte de cette expérimentation ainsi que les activités mises en œuvre par les doctorants, questionnent, du point de vue didactique, les trois pôles d’une situation d’enseignement-apprentissage que constituent la visée éducative, les tâches et la pratique de référence (Lebeaume, 1999, 2000). En effet, si au niveau du prescrit (projet déposé), la volonté est que les doctorants fassent participer les élèves à leur sujet de thèse, avec une attention portée davantage sur la démarche que sur le contenu scientifique, qu’en est-il réellement ? Comment les doctorants imaginent-ils, construisent-ils les situations d’enseignement-apprentissage ? Quelles représentations se font-ils d’une part de leur travail de recherche et d’autre part des activités avec les élèves ? Dans le cadre de ce partenariat, où tous les acteurs sont susceptibles d’imaginer et d’influencer l’élaboration des situations d’enseignement-apprentissage, quels sont les écarts entre la visée institutionnelle de ne pas vulgariser la pratique de recherche et la mise en œuvre effective du dispositif ?

2Après une présentation du projet EDIFICE en tant que dispositif innovant et partenarial, les discours des acteurs, notamment ceux des doctorants, seront exploités pour rendre compte de la construction des situations d’enseignement-apprentissage négociées ou pas. La clarification des choix faits par les doctorants permettra de mettre en évidence et de caractériser des écarts par rapport aux situations d’enseignement-apprentissage prescrites par le projet.

1. Le projet EDIFICE

  • 3 D’après le document de l’université d’Orléans répondant à l’appel à projets des investissements d’a (...)

3Le dispositif EDIFICE a reçu le label d’initiative d’excellence en formations innovantes (projet IDEFI). Les missions3 qui lui incombent sont :
– une contribution à la construction d’une cohérence et d’une homogénéité à l’ensemble du continuum de formation du bac – 3 jusqu’au bac + 8, en termes d’employabilité et de reconnaissance des diplômes ;
– un appui aux démarches d’orientation : suite au constat d’une diminution, en valeur relative, du nombre d’étudiants dans certaines filières scientifiques universitaires depuis plusieurs années, notamment en physique et chimie (Boilevin & Ravanis, 2007 ; Venturini, 2004), le dispositif ambitionne donc de favoriser, chez les lycéens, une orientation dans des cursus scientifiques et d’assurer une réussite scientifique et une employabilité accrue ;
– une construction d’un réseau de masters à visibilité internationale au bénéfice de la mobilité des étudiants, sur des thématiques prioritaires et d’excellence en associant l’université aux organismes de recherche, notamment le CNRS.

4Le projet a la volonté, par ces missions, de valoriser tous les niveaux scolaires et universitaires jusqu’au doctorat, dès la seconde. Un des défis est de faire en sorte que les élèves et étudiants s’approprient pleinement leur orientation, qu’ils la maîtrisent, qu’ils visent « plus haut » et puissent anticiper leur employabilité future.

  • 4 Ibid., p. 7.
  • 5 Ibid.
  • 6 Ibid., p. 9.

5EDIFICE offre un cadre institutionnel qui regroupe, sur un territoire donné, des élèves, des enseignants, des chefs d’établissement de lycée, des chercheurs, des enseignants-chercheurs et des doctorants. Trois lycées d’enseignement général et technologique participent avec différents laboratoires de recherche de l’université, du CNRS et du BRGM. Le projet permet une mise en relation d’acteurs issus du domaine de l’éducation et de la recherche qui, d’ordinaire, par leurs missions spécifiques, se côtoient peu, voire ne se rencontrent pas du tout. De cette « proximité4 », EDIFICE a la volonté de « construire sur le long terme, en utilisant le temps et l’excellence scientifique comme ciments5 ». Le projet est structuré en cinq tranches6 (voir figure 1) qui peuvent apparaître comme successives par la représentation de la figure 1, mais qui, en réalité, sont simultanées. La durée totale du projet est de huit années.

  • 7 Ibid., p. 4.

6La première tranche du programme sur laquelle nous nous focalisons dans cet article permet une immersion des lycéens dans des laboratoires de recherche durant trois années. Ces moments d’immersion s’intègrent dans le curriculum scolaire en étant situés dans le temps dévolu à l’enseignement d’exploration « méthodes et pratiques scientifiques » pour les classes de seconde et dans celui des travaux personnels encadrés pour les classes de première. En terminale, cinq jours consécutifs sont utilisés. Les lycéens accompagnés éventuellement par un de leurs enseignants de sciences de la vie et de la Terre, sciences physiques et chimie ou mathématiques sont pris en charge et suivis par les doctorants dans les laboratoires de recherche. EDIFICE souhaite donner aux lycéens une « ouverture culturelle de la recherche scientifique avec une vision positive7 ». Les attendus institutionnels sont que les élèves réalisent des activités liées aux pratiques de recherches sur le sujet de thèse du doctorant. Du point de vue des apprentissages, ce qui est visé par le projet est l’acquisition d’une démarche scientifique plus que l’acquisition de connaissances, d’autant plus que les sujets abordés sont parfois très éloignés du programme scolaire.

Figure 1 : les cinq tranches du projet EDIFICE

Figure 1 : les cinq tranches du projet EDIFICE

1.1. Un dispositif innovant…

7EDIFICE est un dispositif car il est construit comme un ensemble cohérent constitué de ressources (matérielles et humaines), de stratégies, de méthodes et d’acteurs interagissant dans un contexte donné pour atteindre un but (Lebrun, 2005).

8L’immersion des élèves dans les laboratoires de recherche n’est pas une nouveauté. Des programmes offrant à des élèves la possibilité d’une immersion dans des centres de recherche existent depuis la fin des années 1950, lorsque le lancement du Spoutnik a déclenché la « conquête de l’espace » aux États-Unis (Niemann, Miller & Davis, 2004 ; voir par exemple Cooley & Bassett, 1961). La majorité des dispositifs d’immersion, référencés par Sadler et al. (2010), sont des stages d’été extra-curriculaires (par exemple Burgin, Sadler & Koroly, 2012 ; Charney et al., 2007 ; McMiller et al., 2006 ; Bell et al., 2003 ; Richmond & Kurth, 1999, etc.). Peu sont mis en place durant l’année scolaire (Hsu & Roth, 2010 ; Ritchie & Rigano, 1996) et les durées oscillent entre deux semaines (Hay & Barab, 2001) et douze semaines (Woska et al., 2005). Un stage extra-curriculaire, sur trois étés consécutifs, a déjà été mené, dans un laboratoire de biochimie et biologie moléculaire, avec une vingtaine d’élèves (Niemann, Miller & Davis, 2004). Panissal, Brossais et Vieu (2010) décrivent une expérimentation toulousaine d’enseignement des nanotechnologies pour une classe de terminale scientifique qui comprend, entre autres, une journée de pratiques expérimentales en laboratoire et sous la tutelle de doctorants.

9Une comparaison avec les exemples mentionnés dans les articles cités précédemment montre qu’EDIFICE se différencie à différents niveaux et qu’il n’a pas d’équivalent dans les expérimentations décrites ni dans celles de la revue de littérature de Sadler et al. (2010). Les différences portent sur :
– les acteurs : depuis quatre ans, environ quatre cents élèves et une centaine de doctorants sont ou ont été impliqués (une centaine d’élèves est impliquée par cohorte et il y a huit cohortes prévues sur les huit années de l’expérimentation) ;
– le temps d’immersion : onze à douze séances de trois heures sont réparties sur une année ; ce qui représente une centaine d’heures sur trois ans (pour une cohorte) ;
– l’intention éducative et culturelle : chaque doctorant encadre 3 à 6 élèves qui suivent et participent à l’évolution du travail de thèse sur les trois années de doctorat ;
– le développement de compétences chez l’ensemble des acteurs : par exemple, les doctorants ont l’opportunité d’acquérir une expérience d’enseignement et les enseignants accompagnateurs découvrent de nouvelles ressources utilisables ensuite en classe.

10Aujourd’hui, il est difficile d’affirmer si le projet est porteur de la réussite escomptée, et s’il sera déployé à plus grande échelle, mais, en tant que projet IDEFI, la continuité dans le temps est envisagée avec son développement au niveau national. Ce déploiement éventuel ne sera, cependant, pas le fait spontané des personnes mais devra être insufflé institutionnellement suite aux résultats obtenus localement. L’ambition de son développement est tout à fait cohérente avec l’idée d’innovation parce qu’EDIFICE répond à des problématiques éducatives globales, telles que la diminution du nombre d’étudiants dans certaines filières scientifiques universitaires, un enseignement centré sur les sciences en train de se faire. En ce sens, EDIFICE est conçu comme une innovation.

11Les caractéristiques de la tranche 1 d’EDIFICE dans le contexte français, en font donc un dispositif unique, construit comme une innovation (Huberman, 1973 ; Cros, 2001, 2011) au niveau organisationnel, intentionnel et méthodologique, visant une amélioration de l’existant local, et prévu pour être développé à plus grande échelle.

1.2. … dans le cadre d’un partenariat

12EDIFICE réunissant des organisations ayant les objectifs communs de favoriser l’orientation et la réussite des jeunes dans les filières scientifiques est un partenariat au sens de Barbier (1994), qui présente le partenariat comme une construction de projets communs porteurs de significations multiples, et de Pelletier (1997), qui évoque une relation privilégiée basée sur un projet partagé entre des organisations. EDIFICE possède également les deux niveaux structurels du partenariat définis par Maroy (1997), Landry (1993, cité par Mérini, 1999) et Kaddouri (1997) avec, d’une part, un espace institutionnel : l’université, les lycées, les organismes de recherche et, d’autre part, des acteurs : doctorants, directeurs de thèses, enseignants et élèves.

13Ce partenariat peut être caractérisé par :
– une action commune négociée (Zay, 1994, p. 73 ; Mérini, 1999) entre des parties hétérogènes qui construisent un compromis et reconnaissent la possibilité d’un conflit (Zay, 1994 ; p. 73) ;
– l’hétérogénéité des acteurs source des tensions, des conflits mais aussi de la créativité (Clénet & Gérard, 1994) et de la construction identitaire de chaque acteur (Caillouette, 2001). En effet, dans EDIFICE, des échanges entre des doctorants, des élèves et des enseignants ont donné lieu à des négociations, des tensions, voire des conflits relatifs, entre autres, aux façons d’envisager les moments en laboratoire.

14Dans un contexte où la visée institutionnelle n’est pas de vulgariser la recherche mais de faire participer les élèves à des activités authentiques de recherche, nous nous interrogeons sur l’appropriation de cette visée par les acteurs et sur son interprétation en termes d’actions par les doctorants. En effet, comment les doctorants interprètent-ils le travail demandé à savoir « faire vivre et participer les élèves à leurs travaux de recherche » ? Quelles représentations se font-ils des activités des élèves dans ce cadre-là ? Y a-t-il des écarts entre le prescrit et le construit ? Si oui, quels sont-ils ? Et à quoi sont-ils dus ?

2. Des situations d’enseignement-apprentissage dans la mise en œuvre du projet

15Pour apporter des éléments de réponse aux questions précédentes, les situations d’enseignement-apprentissage construites par les doctorants et celles prescrites dans le projet seront caractérisées en utilisant le concept de situation prototypique d’enseignement-apprentissage de Lebeaume (1999, 2000). La comparaison du prescrit et du construit permettra de mettre en avant et de comprendre les écarts.

Figure 2 : modélisation du concept de situation prototypique d’enseignement-apprentissage (Lebeaume, 1999, 2000).

Figure 2 : modélisation du concept de situation prototypique d’enseignement-apprentissage (Lebeaume, 1999, 2000).

16Dans le cadre de l’utilisation de ce modèle à EDIFICE, la visée éducative au niveau décisionnel est de faire vivre et pratiquer avec les élèves des démarches authentiques de recherche, c’est-à-dire les démarches des chercheurs. En conséquence, du point de vue des apprentissages des élèves, ce qui est visé par le projet est l’acquisition d’une démarche scientifique plus que l’acquisition de connaissances d’autant plus que les sujets abordés sont parfois très éloignés du programme scolaire. La référence se rapporte à la pratique de recherche des doctorants.

17À la notion de tâche, nous préférons le terme de moment issu de la notion de moment scolaire définie par Lebeaume, Follain et Diaz (2000). Elle est plus appropriée, dans le cadre de cette recherche, car elle recouvre en partie les tâches, les objets et les savoirs (Develay, 2004) et il n’y a pas de domaine disciplinaire établi. Cependant, comme chaque rencontre correspond à des créneaux d’au moins trois heures organisés par le doctorant, a priori comme il veut, conformément à sa pratique de recherche, se déroule dans un laboratoire et requére l’intervention d’un chercheur, nous la considérons difficilement comparable à une séance de classe. Par conséquent, nous ne conservons pas le qualificatif « scolaire » pour qualifier, a priori et d’un point de vue général, ces périodes.

18Pour caractériser plus précisément la référence que représente ici la pratique de recherche doctorale, nous ferons appel à la notion de pratique sociale de référence définie et caractérisée par Martinand (1986, 2001, 2003).

19Dans le cadre de la tranche 1 d’EDIFICE, la pratique de recherche des doctorants, prise comme référence est une pratique sociale au sens de Martinand (1986, 2003) caractérisée par :
– la (les) question(s) d’étude correspondant aux questions de recherche des thèses des doctorants ;
– les pratiques socio-techniques sont les différentes activités que les doctorants réalisent dans leur pratique de recherche ;
– les outillages et équipements représentent tous les matériels utilisés par les doctorants en incluant également les logiciels ;
– les représentations symboliques sont les types de représentations graphiques qui permettent, par exemple, de représenter les données obtenues ;
– les savoirs en jeu et produits sont les contenus que chaque doctorant utilise par rapport aux thématiques scientifiques dans lesquelles la recherche est ancrée ;
– Les savoirs produits rassemblent ceux qui sont éventuellement élaborés par la recherche doctorale.

20À partir de ces éléments, les situations d’enseignement-apprentissage prescrites peuvent être représentées par la figure 3.

Figure 3 : situation d’enseignement-apprentissage prescrite dans le cadre du projet édifice

Figure 3 : situation d’enseignement-apprentissage prescrite dans le cadre du projet édifice

21La comparaison entre les situations enseignement-apprentissage prescrites par le projet et les situations d’enseignement-apprentissage imaginées et construites par les doctorants doit nous permettre d’apporter des éléments de réponses à nos questions de recherche qui sont centrées sur la compréhension des écarts entre le prototype prescrit et les représentations de doctorants sur la mise en œuvre effective du dispositif au laboratoire. Quelles représentations les doctorants ont-ils de leurs travaux de recherche de thèse et du travail avec leurs élèves ? Quelles différences constatons-nous entre ces représentations sur la pratique sociale de référence (les pratiques de la recherche doctorale) et celles sur les moments co-construits avec les élèves ? Par la suite, la compréhension des écarts entre le prescrit et le construit doit nous permettre de rendre compte de ce qui se joue en termes de partenariat dans cette construction. En effet, à quoi sont dus les écarts repérés ? Les situations enseignement-apprentissage imaginées et construites par les doctorants sont-elles influencées par les élèves, les enseignants accompagnateurs ? Y a-t-il une évolution au cours du temps ?

3. Méthodologie et présentation du corpus

3.1. Présentation du corpus

22Pour répondre à nos questions de recherche, nous nous intéresserons à huit groupes du dispositif EDIFICE de la première année de fonctionnement du partenariat. Chaque groupe est constitué d’un doctorant, de deux à quatre élèves et, éventuellement, d’un enseignant du lycée accompagnant les élèves dans le laboratoire. Quatre doctorants : Olga, Kévin, Jean et Nicolas mènent leur travail de recherche dans un laboratoire de sciences physiques et quatre autres : Benoît, Julie, Thomas et Yann sont en sciences de la Terre.

23Le choix a été fait de constituer un corpus diversifié (voir tableau 1) qui permet d’explorer, de caractériser, les situations enseignement-apprentissage construites par le doctorant au sein du laboratoire, de repérer les écarts avec les situations d’enseignement-apprentissage prescrites par le projet et de comprendre le rôle du partenariat dans les écarts constatés.

Tableau 1 : composition du corpus

Éléments du corpus Situation d’enseignement-apprentissage Partenariat
Pratique de recherche Moment en laboratoire Visée/objectif
Entretiens doctorants x o
élèves x o
enseignants x o
Cahiers de laboratoire élèves x
Observation et prises de notes lors du congrès EDIFICE x
Diaporamas du congrès x
Visites dans les laboratoires x
Articles et présentations des recherches doctorales

■ : éléments du corpus utilisés pour rendre compte de la pratique de recherche ; x : éléments du corpus utilisés pour expliciter les moments en laboratoire ; □ éléments du corpus utilisés pour recueillir la/les visée(s) des doctorants ; o : éléments du corpus utilisés pour rendre compte de l’influence des partenaires.

24Il convient de préciser que les doctorants étant à la fois les chercheurs et les mentors scientifiques, il nous a semblé important de mener un entretien semi-dirigé avec chaque doctorant, afin de recueillir leurs représentations de la recherche, comment ils percevaient leurs interventions auprès des lycéens et leur(s) visée(s) éducative(s). Les pratiques de recherche ont été étudiées aussi par des visites dans les laboratoires, des observations et des prises de notes lors du congrès EDIFICE. De plus, nous avons recherché des articles de recherche pour des congrès et/ou des présentations scientifiques des doctorants. Ces éléments permettent de compléter les informations sur les méthodes de recherche employées et de recueillir des représentations symboliques, qu’il est difficile de reconstituer à partir d’un discours. Pour l’étude des moments en laboratoire et du partenariat, nous avons aussi mené des entretiens semi-dirigés avec des élèves et des enseignants. Par ailleurs, les moments ont été abordés, via les visites dans les laboratoires avec les doctorants ou leur directeur de thèse, afin de voir les installations et matériels propres aux recherches et éventuellement utilisés avec les élèves. Ces visites nous ont permis de prolonger, in situ, les entretiens. Nous avons constitué des notes de chercheur, sur les moments en laboratoires, en observant les élèves communiquer sur leurs pratiques et leur vécu, au cours du congrès EDIFICE. Nous avons également récupéré le support de présentation des élèves. Deux groupes d’élèves lors des travaux en laboratoire ont complété un cahier de laboratoire que nous avons pu examiner.

25Le tableau 2 présente les différents éléments du corpus disponible, selon les doctorants. Il présente les éléments utilisés pour clarifier et caractériser, d’une part, les situations enseignement-apprentissage construites par les doctorants (la visée, la pratique de recherche, les moments en laboratoire) et, d’autre part, le rôle des acteurs partenaires.

Tableau 2 : les différents éléments du corpus pour chaque doctorant et les durées des entretiens

Doctorants
Éléments de corpus
Olga Kévin Jean Nicolas Benoit Julie Thomas Yann
Entretiens doctorants ■ x□o45’24 ■ x□o45’00 ■x□o
39’27
■ x□o
29’02
■ x□o
38’58
34’58
■ x□o
53’20
■ x□o
27’42
■x□o
34’25
élèves x o
5’59
x o
17’24
x o
14’21
x o
18’43
enseignants - x o
30’26
29’27
x o
26
32
x o
29’09
x o
35’21
x o
29’27
Cahiers de laboratoire élèves - - x - x
Observation et prises de notes lors du congrès EDIFICE ■ x ■ x ■ x ■ x ■ x ■ x ■ x ■ x
Diaporama du congrès x x x x x x x x
Visite dans les laboratoires ■ x ■ x ■ x ■ x ■ x ■ x
Articles et présentations des recherches doctorales -
Nombre d’éléments 6 5 5 8 5 6 5 8

Les figurés ■, x, □ et o montrent les éléments du corpus utilisés selon les domaines d’études : ■ la pratique de recherche ; x les moments en laboratoire  ; □ la visée ; o le partenariat.

26L’hétérogénéité des éléments recueillis selon les doctorants provient, soit de l’absence d’enseignant accompagnateur (cas d’Olga) et de cahiers de laboratoire, soit du refus et/ou de l’impossibilité de rencontrer des enseignants et des élèves à la fin de l’année scolaire.

3.2. Critères d’analyses

27Les entretiens semi-dirigés ont été menés à partir d’un guide d’entretien spécifique présenté en annexes 1, 2 et 3, selon que l’acteur rencontré soit doctorant, professeur ou élève. Les entretiens ont été intégralement retranscrits et codés à partir des pôles définissant une situation d’enseignement-apprentissage prototypique et des explications justifiant les choix faits et les évolutions au cours du temps. La grille d’analyse est présentée en annexe 4.

28L’ensemble des éléments du corpus a été examiné afin d’apporter des précisions, de compléter ou de croiser les informations. Le cadre d’analyse comporte cinq parties. Nous avons codé spécifiquement des informations sur chacune des caractéristiques : les problèmes qu’on résout, les types d’activités, de tâches, les instruments matériels et intellectuels, les représentations symboliques et les savoirs en jeu et produits attenants à la pratique de recherche du doctorant et aux moments en laboratoire. Ce type de codage nous permet de comparer les contenus, caractéristique par caractéristique, afin d’apprécier au mieux les écarts et ressemblances. Un troisième ensemble concerne le travail d’adaptation, de transposition didactique effectué entre la pratique de recherche du doctorant et les moments qu’il imagine construire en laboratoire. Cet ensemble de notre grille d’analyse est également décliné pour chacune des caractéristiques et renvoie aux liens qui les unissent, aux causes des modifications, aux adaptations effectuées, aux choix opérés, etc. Ces entretiens visent une explicitation, par les acteurs interrogés, des relations entre les sciences telles qu’elles se pratiquent et qui représentent les activités visées par le projet et celles qui ont été construites pour les élèves. Notre analyse a également ciblé les difficultés éventuellement rencontrées par chacun des acteurs et les évolutions survenues dans chacune des phases d’enseignement et leurs causes. Ces évolutions peuvent être des modifications dans la nature des activités, dans le registre des discours, etc. et dues à l’intervention d’acteurs. Leurs causes nous permettent de répertorier les négociations relatées entre les acteurs du partenariat et qui ont influé sur les constructions des moments. La dernière partie de notre cadre d’analyse cible les éléments verbalisés ou inférés sur la visée éducative des doctorants, explicitement questionnée par le guide d’entretien.

4. Les pratiques de recherche de chaque doctorant : la référence du point de vue du prescrit

29Le tableau 3 (en 2 parties A et B) expose les données sur les cinq caractéristiques des huit pratiques des recherches doctorales recueillies à partir des discours des doctorants, de leurs articles de recherche et des observations et descriptions faites par le doctorant ou le directeur de thèse lors de la visite du laboratoire.

Tableau 3-A : caractéristiques des recherches des doctorants

Olga Kévin Jean Nicolas
Question d’étude Comment traiter les massifs de données obtenues par l’imagerie Raman ? Comment contrôler les tourbillons à l’interface de deux types de flux d’air au moyen d’un actionneur plasma ? combustion HCCI (homogeneous charge compression ignition) au moyen de l’utilisation d’espèces chimiques oxydantes ? Comment réaliser une gravure profonde par plasma chloré du nitrure de gallium sur un substrat de silicium ?
Pratiques socio-techniques – Préparation des échantillons
– Utilisation du spectroscope Raman,
– Traitement des données
– Enregistrement par imagerie
– Observation de l’instabilité à l’interface entre deux flux d’air
– Expérimentation sur banc-moteur
– Modifications de paramètres de la combustion
– Préparation des échantillons
– Gravures sur nitrure de gallium et silicium
– Diagnostic des gravures
– Modélisation informatique
Outillages et équipements – Spectroscope Raman
– Échantillons de dioxyde d’uranium, de céramique
– Analyses multivariées
– Souffleries,
– Vélocimétries par imagerie de particules
– Banc-moteur
– Logiciel de contrôle du moteur
– Logiciel Matlab
– Plasma industriel
– Spectrométrie photoélectronique X
– Spectrométrie d’émission optique
– Spectrométrie de masse
– Microscope électronique à balayage (MEB)
– Salle à atmosphère contrôlée
– Tenue spéciale obligatoire, etc.
Représentations symboliques – Graphes à spectres
– Imagerie Raman
– Matrices mathématiques
– vidéogramme des tourbillons
– Graphiques comparatifs représentants : les profils de la tension de Reynolds, l’épaisseur longitudinale de la couche de mélange, etc.
– Graphiques divers avec une combinaison de paramètres physiques (pression à l’intérieur du cylindre, pression et température d’admission, angle du vilebrequin, chaleur dégagée, etc.) – Microphotographies du MEB
– Graphiques élaborés à partir des visualisations du MEB
– Représentations issues du microscope à force atomique
– Spectres, etc.
Savoirs en jeu et produits – Physique des matériaux
– Mathématiques
– Statistiques
– Dynamique des fluides
– Plasmas
– Chimie de la combustion
– Savoir produit : l’ozone pourrait être utilisé pour contrôler la combustion
– Plasmas
– Physique des matériaux

Tableau 3-B : caractéristiques des recherches des doctorants

Benoît

Julie

Thomas

Yann

Question d’étude

Quel est l’impact du réchauffement climatique sur les tourbières ?

Quelle la vitesse du refroidissement entre les périodes géologiques de l’Éocène et de l’Oligocène ? Comment créer un dispositif argileux pour piéger des médicaments ? Quelle est la séquence de cristallisation du Piton de la Fournaise en fonction des conditions de pression et de température ?

Pratiques socio-techniques

– Suivi régulier de mesures à la tourbière de la Guêtre en Sologne et d’autres tourbières en France
– Suivi expérimental près du laboratoire.
– Programmation en R et Python pour le traitement des données

– Échantillonnages
– Préparations d’échantillons
– Analyses pétrographiques, isotopiques, géochimiques, moléculaires, cyclostratigraphiques
– Élaboration de dispositifs à l’argile piégeant les médicaments
– Analyses des résultats du fonctionnement des pièges
– Échantillonnage à la Réunion
– Broyage des roches puis séparation des différentes phases minérales
– Ponçage d’échantillons
– Observations au microscope
Outillages et équipements – Station météo
– Nombreux capteurs
– Spectromètre de masse
– Embases et chambres hermétiques
– Tourbières
– Carottes de tourbes, etc.
– Pyrolyse Rock-Eval
– Colonne de silice
– Chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse
– Diffraction aux rayons X
– Spectrométrie de fluorescence X
– MEB
– Carottes extraites des dépôts lacustres du bassin de Rennes, etc.
– Verrerie
– chromatographie liquide haute performance couplée à la détection UV
– spectrométrie d’absorption atomique, etc.
– Échantillons de basaltes
– Scie circulaire diamantée
– Lames minces de roches
– Microscope polarisant
– Autoclave
– Pilon et mortier en agate
– Colonne de tamis
– Microsonde électronique, etc.
Représentations symboliques – Très nombreux graphes : dioxyde de carbone, méthane par unités de temps, intensité lumineuse, etc. – Graphe à spectres pour la chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse, etc. – Pics d’absorbance
– Graphique de la quantité des produits pharmaceutiques absorbée, en fonction de leur concentration et de la température, etc.
– Tableaux complexes produits par la microsonde électronique des quantités d’oxydes, etc.
Savoirs en jeu et produits – Biogéochimie
– Cycle du carbone
– Écosystème tourbière
– Sol
– Sédimentologie,
– Biologie végétale,
– Chimie organique
– Physique des matériaux
– Chimie des argiles
– Chimie des médicaments
– Magmatisme
– Chimie des minéraux
– Thermodynamique

5. Les situations d’enseignement-apprentissage construites par les doctorants

30Le tableau 4 ( en 2 parties A et B) expose les données recueillies à partir des entretiens des doctorants, d’élèves et d’enseignants, de cahiers de laboratoire élèves, des observations et prises de notes lors du congrès EDIFICE, des diaporamas de ce congrès et des visites dans les laboratoires. Ces données concernent la visée éducative et/ou l’objectif que se donne le doctorant et les moments en laboratoire pour chacun des huit cas.

Olga Kévin Jean Nicolas
Visée éducative – Utiliser le spectroscope Raman – Motiver les élèves – Motiver les élèves
– Rendre les élèves actifs et les intéresser
– Démarche scientifique
– Utiliser le graveur à plasma
Moments en laboratoires Question d’étude – Comment distinguer différents matériaux par l’analyse des spectres obtenus par la spectroscopie Raman ? – Comment modéliser un tourbillon ?
– Comment mesurer le champ de vitesse du tourbillon modélisé ?
– Quel est l’effet de changement de paramètres de la combustion sur la pression, le rendement, la chaleur dégagée ? – Comment réaliser une gravure profonde par plasma chloré du nitrure de galium sur un substrat de silicium ?
Pratiques – Calculs (fréquence, longueur d’onde, énergie de la lumière)
– Préparation des échantillons
– Utilisation du spectroscope Raman avec la doctorante
– Analyse de spectres
– Réalisation d’un modèle de tourbillon avec matériels simples du laboratoire
– Mesures de distances, calculs de vitesse
– Observations de bancs moteurs en fonctionnement
– Travaux pratiques sur banc moteur diesel
– Préparation d’échantillons de silicium
– Manipulation du réacteur plasma
– Utilisation du microscope électronique à balayage
Outillages et équipements – Spectroscope Raman – Agitateur magnétique
– Récipient
– Eau
– Particule de bois
– Appareil photographique
– Banc-moteur
– Logiciel de contrôle du moteur
– Réacteurs plasma
– Microscopes électroniques à balayage (MEB)
– Détermination de valeurs au MEB (profondeur des creux, angle)
– Salle à atmosphère contrôlée
Représentations symboliques – Graphes à spectres simples – Vidéogramme du tourbillon – Courbes avec des paramètres physiques de la combustion – Microphotographies du MEB
Savoirs en jeu et produits – Nature de la lumière, fréquences, longueur d’onde
– Atomes
– Distinguer les matériaux par l’allure du spectre
– Plasmas – Chimie de la combustion
– Composition et fonctionnement d’un moteur
– Atomes, ions, plasmas, états de la matière
– Consignes de sécurité
– Maniement du réacteur plasma et du MEB

Tableau 4-B: caractéristiques des moments en laboratoire et les visées pour chaque doctorant

Benoît Julie Thomas Yann
Visée éducative – Montrer la démarche scientifique
– Rendre les élèves acteurs
– Motivation des élèves
– Donner une image authentique des sciences
– Donner une image réaliste de sa recherche
– Se mettre au niveau des élèves
– Rendre les élèves acteurs
– Faire découvrir le travail du géologue de terrain
– Intéresser les élèves
Moments en laboratoires Question d’étude – Jusqu’à quelle profondeur la température de l’air impacte-t-elle celle de la tourbe ?
– Comment évoluent les émissions de CO2 pendant un assèchement ?
– Quels sont les environnements des dépôts du stampien inférieur ?
– Quels sont les marqueurs de ces environnements ?
– Quelle quantité de chacun des quatre médicaments est-elle adsorbée par la fraction argileuse ? – Comment concentrer les olivines présentes en petite quantité au sein d’un basalte ?
– Analyse chimique de basaltes du Piton de la Fournaise
Pratiques – Mesures de paramètres de l’environnement
– Visite de la tourbière de la Guette
– Repérage des niveaux de la carotte
– Échantillonnage, préparation par broyage
– Analyses sur les n-alcanes avec l’évaluation du CPI (Carbon Preference Index), etc.
– Élaboration d’un piège d’argile à médicaments – Observations macroscopiques et microscopiques de deux basaltes
– Séparation des olivines par liqueur dense
– Inclusion d’olivines dans la résine puis polissage, etc.
Outillages et équipements – Thermomètres
– Sondes à dioxyde de carbone
– Embases et chambres hermétiques
– Zone expérimentale près du laboratoire
– Carottes de tourbes
– Carottes de dépôts lacustres
– Pilon et mortier– L’ASE (Automated Extractor Solvant)
– Colonne de silice
– Chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse
– Verrerie
– Chromatographie liquide haute performance couplée à la détection UV (HPLC-UV)
– Microscope polarisant
– Pilon et mortier
– Colonne de tami
– Bromoforme, entonnoir, filtre, Becher
– Microsonde électronique, etc.
Représentations symboliques – Graphique représentant la température en fonction de la profondeur – Graphe à spectres de la chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse – Chromatogramme à pics d’absorbance
– Histogramme (adsorption selon les médicaments)
– Tableaux complexes produits par la microsonde électronique des quantités d’oxydes
Savoirs en jeu et produits – Changement climatique
– Bio-géochimie
– Cycle du carbone
– Écosystème tourbières
– Datation des fossiles
– Paléogéographie
– Isotopie
– Sédimentologie,
– Chimie organique
– Les argiles
– Les techniques d’analyse
– Fonctionnement du microscope polarisant
– Systèmes cristallins
– Densité
– Diagramme des teintes de biréfringence, etc.

6. Écarts entre les situations construites par les doctorants et celles visées

31Nous avons pu construire quatre types différents de situations d’enseignement-apprentissage selon les liens qui unissent les moments en laboratoires aux caractéristiques de la pratique sociale de référence, prise comme référence du prescrit.

6.1. Des situations d’enseignement-apprentissage proches du contexte scolaire

32Un doctorant, Kévin n’a pas essayé de faire comprendre son travail de thèse aux élèves, ni d’utiliser les outils de son laboratoire. Au début, il a tenté de donner des explications orales sur les plasmas, puis leur a proposé une modélisation analogique de la soufflerie et de la technique d’imagerie. Il a guidé les élèves dans une recherche inspirée d’une situation scolaire que nous considérons à leur portée : la reproduction d’un tourbillon en milieux aqueux, dont il avait prévu les matériels :

Kévin le travail de thèse c’est un tourbillon imagine une grosse tornade […] dans la soufflerie qui est convectée dans le temps heu donc c’est toujours difficile de visualiser quelque chose qui est en mouvement c’est toujours mieux de visualiser quelque chose qui est à l’arrêt et je me suis souvenu quand j’étais au lycée […] la première fois qu’on a utilisé les agitateurs magnétiques avec les Béchers […] quand on met l’agitateur magnétique trop vite […] on voit qu’il y a une tornade qui se forme justement dans le Bécher là je me suis dit quoi de mieux que de recréer cette tornade

33Cette modélisation éloigne les élèves de l’objectif et de la problématique de la recherche authentique avec des questionnements scientifiques non ancrés dans une application réelle : il n’y a plus de lien direct avec la préoccupation sanitaire des chaînes de production dans l’agroalimentaire, le tourbillon est généré dans l’eau et non dans l’air, les outils ne sont pas des matériels spécifiques au laboratoire mais des objets de la vie courante (bocal, appareil photographique, etc.).

6.2. Une focalisation sur les outils, instruments scientifiques authentiques

34Deux doctorants ont proposé des moments scientifiques utilisant l’outil technique central de leur recherche qu’ils ont considéré comme devant absolument être montré aux élèves. Cette entrée en la matière dans le travail de thèse laisse néanmoins de côté la problématique de la recherche et les savoirs en jeu attenant à cette problématique. Par exemple, Olga dit qu’elle n’a pas fait entrer les élèves dans son sujet de thèse car celui-ci est compliqué (« c’est trop compliqué parce que même c’est encore compliqué pour moi parce que je n’ai pas encore fini ma thèse »). Néanmoins, elle met en avant le spectroscope Raman, dont la complexité la conduit à se focaliser sur la compréhension des spectres obtenus. Les élèves ont pu voir et utiliser un appareil moderne et authentique du monde de la recherche en lien avec ses représentations symboliques. Certaines manipulations lui ont d’ailleurs servi pour son travail de recherche :

Vincent Donc […] tu leur as proposé des activités en lien avec le thème de ta thèse
Olga Oui
Vincent mais qui sont pas des activités que tu vas réaliser à l’intérieur de ta thèse est-ce que c’est ça ou pas ?
Olga oh oui et non

35Cependant, elle n’aborde pas les aspects de traitement des données par les analyses multivariées et l’utilisation de matrices mathématiques. Le vécu expérientiel des élèves est bien relié à certaines activités de la pratique de recherche de la doctorante mais pas au questionnement scientifique ; l’utilisation du spectroscope Raman étant envisagée comme un but en lui-même, alors qu’il demeure un moyen d’analyse dans la recherche doctorale.

36Jean déclare aussi qu’il n’a pas abordé son travail de recherche (« on n’était même pas encore arrivé dans mon sujet de thèse »). Il évoque ses difficultés de compréhension du domaine de la cinétique chimique qui semblent l’avoir conduit à ne pas parler de sa thèse. Il considère les notions abordées comme une base pour pouvoir éventuellement entrer dans son sujet de thèse, mais sans lien avec celui-ci :

Vincent est-ce que les activités que t’as pu effectuer avec eux est-ce que elles rentraient pleinement dans le cadre de ta thèse ? ou est-ce que c’était des éléments de ta thèse heu qu’ont été refaits mais simplifiés ?
Jean Nan rien rien du tout c’est c’était totalement en dehors de la thèse le but c’était de les amener à comprendre comment fonctionne un moteur diesel et un moteur essence

37Néanmoins, le banc moteur utilisé par les élèves avec son interface informatique et les représentations symboliques produites sont analogues à ceux de la recherche doctorale.

6.3. D’une problématique scientifique réelle à une adaptation des activités

38Un troisième type de moments dans les laboratoires a permis aux élèves d’aborder la problématique de la thèse du doctorant, sans les pratiques qui y sont associées. Ainsi, Benoit raconte qu’ils ont d’abord réfléchi à comprendre son sujet de recherche, qu’il considère d’actualité et facile à comprendre : « l’avantage du sujet tel qu’il est enfin tel que je le travaille c’est que on peut l’expliquer de façon très simple les gaz à effet de serre même les lycéens de seconde ils savent ce que c’est l’impact de l’homme ». Il n’a pas perçu d’incompréhension particulière de la part des élèves : « ça leur parle tout de suite donc finalement y avait pas vraiment de gros gap en terme de comprendre pourquoi on étudie ces tourbières et pourquoi tu vois je n’ai pas eu l’impression que y avait une incompréhension particulière du sujet ». En revanche, il a adapté les activités pour ne pas confronter les élèves à un véritable travail de bibliographie. Il dit à ce propos : « lire des articles en anglais pendant les trois premières séances à mon avis c’était inutile y avait voilà donc forcément j’étais obligé d’adapter ». Il a donc amené les élèves à étudier des articles bibliographiques en français. Ensuite, ils ont réalisé des expériences de mesures de températures en fonction de la profondeur qui correspondent à une adaptation des références : « clairement c’était pas directement ce que j’aurais fait en tout cas pas j’aurais pas fait les choses comme ça c’est sûr c’est-à-dire que ça a été adapté ». En revanche, certains outils et graphiques sont communs avec la recherche doctorale.

6.4. Des activités de recherche reliées à chacune des caractéristiques de la référence

39Le quatrième type de moments scientifiques correspond au cas où les élèves ont été immergés dans des phases de recherche authentiques. Quatre doctorants ont pu intégrer les élèves à certaines parties de leur recherche propre. Nicolas a offert une initiation au fonctionnement du graveur à plasma et au microscope électronique à balayage. Le chercheur affirme que les manipulations qu’ont pu voir ou effectuer les élèves lui sont utiles pour sa recherche : « ils ont fait des manips […] que je vais pouvoir réutiliser […] je les aurais faites si ils avaient pas été là ». La question scientifique des élèves entrait dans le cadre de la recherche doctorale. Julie dit ne pas avoir fait de vulgarisation, car elle a profité d’une étude exploratoire de sa thèse pour y greffer les élèves dessus (« c’est quelque chose que j’aurais fait de toute façon »). La doctorante a voulu que les élèves « fassent la démarche en fait de a à z ». Nous interprétons cette déclaration comme signifiant que, pour le doctorant, ils ont réalisé une phase de recherche de l’appropriation du problème scientifique jusqu’aux résultats et la réponse aux questions initiales. De même, Thomas a mené avec les élèves des phases de recherche qu’il considère réalistes : « les expérimentations qu’on a menées avec les lycéennes étaient exactement les mêmes que celles que j’ai menées ». L’enseignant accompagnateur déclare aussi que les élèves « ont participé à la recherche même du doctorant c’est-à-dire là il n’y a pas eu d’adaptation du travail à l’élève ». Yann a proposé une activité sur les olivines qui fait partie de son travail de thèse. Il va s’en servir pour « récupérer des données ».

Yann C’est c’est réellement un truc qu’en fait j’ai déjà fait la méthode mais je l’avais pas faite sur ce basalte-là
Vincent D’accord
Yann Donc c’est quelque chose moi qui va m’apporter je vais récupérer des données je me suis dit que ça c’était bien parce que justement si j’arrivais à leur faire comprendre un peu les notions de magmatisme volcanique et heu et puis pourquoi on faisait ça enfin c’est une activité qui est simple entre guillemets enfin nous au labo on broie le caillou

40Ce tour d’horizon des huit cas nous ont permis de caractériser, au travers des discours des scientifiques, quatre types contrastés de constructions de situations d’enseignement-apprentissage puisque nous considérons que, pour un doctorant, il n’y a aucune ressemblance directe entre les moments vécus par les élèves et ceux prescrits par le projet si ce n’est le lieu, le laboratoire, alors que pour quatre d’entre eux, nous considérons le vécu expérientiel des élèves en accord avec le prescrit aussi bien du point de vue de la visée, des moments que de la référence. Deux types de constructions offrent des analyses intermédiaires avec des moments principalement centrés sur des outils, des instruments du laboratoire donc en lien avec la pratique de recherche mais décontextualisés du questionnement scientifique. Pour un doctorant, les élèves ont pu comprendre le questionnement scientifique et aborder les savoirs en jeu, sans réalisation des pratiques, ni utilisation des matériels et des représentations symboliques de la recherche de référence.

41Ce travail montre qu’une immersion en laboratoire n’est pas une condition suffisante pour que les élèves côtoient les sciences au travers de moments proches des recherches qui se pratiquent dans le laboratoire. Néanmoins, pour la plupart des élèves, la construction imaginée par les doctorants permet à l’ensemble des élèves de participer à certaines phases d’une démarche scientifique mais pas à l’ensemble de la démarche.

42Cette présentation des écarts, basée sur les orientations prises par les doctorants, n’est pas suffisante pour rendre compte de la dynamique qui se joue dans le processus de construction des moments au cours du temps et ne permet pas d’appréhender la part des influences réciproques entre acteurs à ce niveau du partenariat et donc participer aux écarts de construction. Nous proposons, donc, d’étudier l’évolution des moments en laboratoire au regard de ces influences.

7. Les activités co-produites et les solutions apportées par les doctorants à l’issue des négociations

43Les premières rencontres avec les élèves ont été une période délicate pour Olga, Jean, Yann et Thomas qui pensaient que les élèves avaient un niveau de compréhension plus élevé vis-à-vis des savoirs attenant à leur sujet de recherche. Par exemple, Olga mentionne : « j’ai l’impression que ici les élèves ont des problèmes en maths ». Jean fait un constat similaire : « [il] y a un canyon entre les deux c’est énorme ». Yann dit : « j’ai eu une ou deux séances où j’ai pataugé » et Thomas affirme qu’il avait oublié le niveau de seconde. Dans les cas de Kévin, Yann et Benoît, nous constatons aussi des difficultés d’attention et/ou une démotivation de la part des élèves face à des séances exclusivement théoriques. Par conséquent, rapidement après la première rencontre, il y a eu des négociations entre les élèves et leurs doctorants Jean, Thomas, Kévin et Benoît qui ont influencé la nature des moments dans le laboratoire. De même, un des élèves d’Olga déclare : « Oui c’était un peu compliqué quand même […] j’ai eu un peu de mal au début ». Dans le cas de Yann, un conflit a eu lieu avec l’enseignante encadrante qui souhaitait que les élèves manipulent.

7.1. Scolariser des moments expérimentaux

44Les doctorants Kévin, Jean et Benoît ont dû engager des négociations avec les élèves qui les ont conduits à imaginer des moments en laboratoires s’apparentant à des activités scolaires. Kévin a commencé par des cours sur les plasmas, Jean des cours sur les moteurs. Les élèves de Kévin lui ont manifesté leur souhait de changer la nature des moments en laboratoire en déclarant : « oh, encore du cours ». Cet événement, accompagné de la remarque de l’enseignant de laisser les élèves réfléchir et de ne pas trop les aider, a été le point de départ à la recherche de situations motivantes pour les élèves. Il s’est souvenu de ses cours de lycée et a imaginé la modélisation de turbulences que lui-même étudie dans l’air d’une soufflerie en faisant reproduire un tourbillon en milieu aqueux. Pour Jean, les élèves ont dit qu’ils n’étaient pas intéressés par la théorie et, par conséquent, il a utilisé des fiches de travaux pratiques universitaires préexistantes (« Du coup j’ai plutôt orienté ça après sur un cadre applicatif où on a essayé de mettre en place un tp de banc moteur pour qu’ils puissent maniper »). Benoit, qui avait choisi d’expliquer aux élèves sa problématique et de les faire réfléchir à une question scientifique, a aussi dû négocier. L’enseignante évoque cette étape : « les élèves étaient un petit peu déçus d’ailleurs pendant les première séances […] c’est des élèves […] qui voulaient beaucoup de concret dans leur séance ». Le doctorant raconte : « si on pouvait passer à la pratique quand même si y a eu quand même à un moment cette demande » et cette requête a modifié la nature des moments ; Benoit leur proposant alors des expérimentations (« je me suis dit que si ils avaient envie […] maintenant de toucher un peu […] l’aspect matériel et l’aspect expérimentation autant leur faire faire le coup d’après donc oui j’ai essayé de changer ». Pour les cas de Kévin, Jean et Benoît, les négociations avec les élèves ont eu pour conséquence de les éloigner de leur pratique de recherche afin de faire manipuler les élèves.

7.2. Extraire un « morceau choisi » commode de sa thèse

45La moitié des doctorants a permis aux élèves d’être immergés dans une phase suivie, de leur propre recherche. C’est un « morceau choisi » de la recherche doctorale qui permet, à chaque rencontre successive, la poursuite du raisonnement déjà initié. Ces moments co-construits correspondent au choix par les doctorants d’un élément de la thèse jugé commode, pour eux-mêmes et leurs élèves. Ce choix a été celui de Yann après un conflit avec l’enseignante qui considérait que les élèves devaient manipuler :

Enseignante c’est vrai que du coup on a eu des séances où ils n’ont pas manipulé ils sont restés assis pendant trois heures sans bouger heu bon une fois ça va deux fois ça va mais la troisième fois ça a été de trop donc là il a fallu un peu mettre les pieds dans le plat

46Il a utilisé ce qu’il réalise de plus simple et qu’il avait déjà mis en œuvre, en se focalisant sur l’espèce minérale la plus courante des échantillons. Thomas raconte : « la toute première séance j’ai parlé pendant quarante-cinq minutes et on m’a dit [une élève] à la fin j’ai rien compris » et le professeur accompagnateur mentionne qu’il a dû intervenir pour réexpliquer certaines notions. Par la suite, il a travaillé sur son axe de recherche qui était le plus compréhensible par les élèves sans formation initiale. Julie a greffé les élèves à une étude exploratoire qu’elle avait déjà entreprise, en diminuant le nombre d’échantillons. Nicolas mentionne qu’il a pris soin de faire travailler les élèves sur le matériau le moins onéreux. Même si nous considérons les moments en laboratoire comme réalistes vis-à-vis de la pratique de recherche de référence, il s’agit, en général, d’éléments des thèses les plus abordables par les élèves. Pour ces deux derniers cas de Nicolas et de Julie, nous n’observons à la fois aucune négociation analogue à celles constatées précédemment et aucun changement soudain de la nature des moments en laboratoire. Nicolas avait prévu à l’avance tous les moments en laboratoires en divisant le temps de chaque moment en deux parties : une partie pour les explications et l’autre pour les manipulations. Julie a spontanément diminué le temps consacré aux cours de notions générales après la deuxième rencontre et n’a pas non plus reçu de remarque vis-à-vis de la nature des moments.

47Pour six cas sur huit, les premiers moments en laboratoire ont été une phase délicate d’ajustement. D’une part, pour permettre au doctorant de se rendre compte du niveau effectif des élèves ou de leur capacité à suivre des cours théoriques. D’autre part, pour permettre aux élèves d’acquérir les prérequis notionnels jugés indispensables par les mentors scientifiques, afin de comprendre leur travail de recherche. La tendance générale que nous observons, chez ces six cas, est un changement assez rapide, après les premières rencontres, de la nature des moments scientifiques. Ces derniers ayant fait l’objet, au préalable, de négociations engagées par les élèves et/ou leurs enseignants. Pour quatre cas, les négociations font clairement l’objet d’une demande expérimentale. Constitués initialement principalement de cours théoriques, les moments s’orientent vers des activités pour permettre aux élèves de manipuler chez Kévin, Jean, Yann et Benoit. Pour ces quatre cas, les types d’écarts constatés précédemment sont imputables aux négociations. En revanche, pour Thomas, nous n’avons pas recueilli d’informations reliant les difficultés du début aux choix opérés par la suite. Olga, engagée sur la spectroscopie Raman, n’a pas modifié son approche.

48Nous distinguons clairement deux phases dans la temporalité des moments en laboratoires dans la majorité des cas. Une première période « métastable » qui aboutit à des négociations, voire des conflits, afin d’ajuster au mieux le registre du discours scientifique aux élèves et la nature des moments en laboratoire aux représentations des élèves et des enseignants. Ces négociations ont donné lieu à des moments en laboratoire qui ont permis la poursuite du dispositif avec des situations acceptées par chacun des acteurs en présence.

8. Discussion

49Ces huit cas présentent une diversité de types de moments co-construits dans les laboratoires due à la diversité des domaines scientifiques et des thématiques de recherches dans lesquels sont ancrées les thèses. Cette diversité peut également s’apprécier en termes d’écarts vis-à-vis de la pratique de recherche de référence. L’entrée dans les thèses a concerné plusieurs caractéristiques de la pratique sociale de référence : par les matériels sophistiqués du laboratoire, par le questionnement scientifique ou à la fois par la problématique et les matériels. Alors que trois types de moments coproduits en sciences physiques ne reposent pas sur un questionnement propre à la recherche doctorale, en sciences de la Terre, en revanche ils reposent tous sur un questionnement de la thèse. Cette différence, même si elle s’apprécie sur un échantillon limité de huit cas, est à mettre en relation avec l’affirmation des géologues, Benoît et Thomas, qui disent que leur sujet de recherche est relativement facile à comprendre pour les élèves. Un élément d’explication résiderait dans la nature des matériels de base à partir desquels il est possible d’élaborer une activité pour les élèves. Ces matériels fondamentaux palpables sont des carottes de sédiments, de tourbes, des cristaux d’olivines et des argiles. Tous ces éléments sont abordés à l’échelle macroscopique et représentent donc des objets directement accessibles aux sens et sur lesquels commencer les explications. Pour les cas des physiciens, les matériels correspondent à des tourbillons générés dans l’air, invisibles sans le procédé technique de visualisation, des matériaux analysés au niveau atomique, la combustion à l’intérieur d’un moteur ou des trous nanométriques creusés par un graveur à plasma. Tous ces éléments ne sont pas directement accessibles aux sens mais le sont par l’intermédiaire d’écrans avec des représentations symboliques abstraites et qui nécessitent donc un apprentissage préalable. La préparation d’échantillons, fréquente en sciences physiques, offre une entrée au niveau macroscopique mais cette phase est rapidement suivie de l’utilisation de matériels d’analyse numériques sophistiqués. D’ailleurs, une négociation aboutit à un retour au concret : la modélisation analogique permet de voir réellement un tourbillon, sans une interface informatique. L’entrée dans la thèse des physiciens semble nécessiter un prérequis de base qui est l’appropriation des matériels techniques et des représentations qu’ils génèrent. Cette entrée en la matière apparaît à la fois ardue mais nécessaire. Dans les recherches en géologie, des matériels sophistiqués du monde de la physique sont intervenus plus tardivement dans les phases de recherche pour confirmer et préciser des analyses. Ainsi, après l’utilisation de la microsonde électronique, de la chromatographie en phase gazeuse puis spectrométrie de masse et de la chromatographie liquide haute performance couplée à la détection UV, les doctorants n’ont pas pu faire faire les analyses par les élèves eux-mêmes. Non mis en lumière précédemment du fait de la diversité des autres matériels utilisés, cet éloignement à la pratique de recherche, précisément pendant et après l’utilisation des outils physiques sophistiqués, laisse à penser que ceux-ci représentent une réelle difficulté à surmonter dans les curriculums de ces deux disciplines.

50L’étude des interactions entre les acteurs du partenariat, à ce niveau du laboratoire, met en évidence une tendance forte qui est la demande par des enseignants et élèves d’expériences pratiques, de manipulations. Il y a tout lieu de penser que des élèves et des enseignants s’imaginent que, dans le cadre d’EDIFICE, les élèves sont dans les laboratoires scientifiques pour réaliser des manipulations et des expériences. Même si les élèves ont été immergés dans des laboratoires de sciences pratiques, cette image des sciences, qui transparaît dans les attentes, n’est qu’une facette du métier de chercheur scientifique qui laisse de côté les aspects de problématisation, d’état de l’art ou de modélisations, etc. Il semble exister un paradigme expérimental dans l’imaginaire d’élèves et chez certains de leurs enseignants qui ont poussé les doctorants à accélérer l’utilisation des matériels au détriment d’explications plus théoriques. Cette influence a eu pour conséquence d’éloigner les élèves du questionnement de la recherche doctorale. Il est fort probable aussi que l’approche manipulatoire permet de recueillir davantage d’avis favorables de la part des élèves. Il semble exister une opposition entre les domaines cognitif et motivationnel. Pour certains cas, la recherche indique qu’aborder directement des notions scientifiques de niveau doctorat provoque le souhait des élèves de modifier la nature des moments. Par conséquent, cela modifierait, peut-être, de façon défavorable, leur attitude envers les sciences. Mais, a contrario, accéder trop rapidement à la demande expérimentale éloigne les élèves de la pratique authentique de la recherche. Cette tension, qui apparaît plus forte ici chez les physiciens, oblige à trouver un compromis délicat pour rapprocher les élèves au plus près de la thèse, tout en conservant, voire favorisant leur attitude positive envers les sciences. C’est ce défi que chacun des curriculums coproduits tente de réaliser et que doivent réaliser les curriculums potentiels pour être en cohérence avec les intentions des instigateurs du dispositif.

51Les moments coproduits qui correspondent à des « morceaux choisis » de la recherche doctorale ont pu se servir de manipulations pratiques comme d’un levier pour l’entrée des élèves dans la thèse. Que ce soit le découpage des disques de silicium et le montage des échantillons ainsi produits, la construction d’un piège d’argile, la séparation des olivines du verre silicaté par broyage, le tamisage et la séparation par liqueur dense, l’échantillonnage puis la préparation des échantillons par broyage, toutes ces manipulations exigent des gestes techniques et des matériels concrets. La caractéristique des matériels et outils de la pratique sociale de référence apparaît maintenant à « double tranchant » puisqu’il y a deux types d’outils aux propriétés contraires. D’une part des matériels physiques sophistiqués modernes qui exigent des connaissances poussées pour comprendre leur fonctionnement et la nature des représentations symboliques qu’ils génèrent. D’autre part, des objets de laboratoire plus rudimentaires qui demandent des gestes techniques réalisables en quelques consignes. Les doctorants qui ont scolarisé des moments expérimentaux où alterner des exercices scolaires avec des manipulations authentiques n’ont pas pu extraire, de leur recherche propre, des moments utilisant des objets techniques simples. Toutes ces considérations nous amènent à penser que les matériels représentent un élément-clef des moments en laboratoire et un acteur à part entière du dispositif pouvant être, selon leur nature, une source de difficulté ou une entrée prometteuse dans la thèse.

Conclusion

52Notre recherche montre que, conformément à la visée institutionnelle de ne pas vulgariser la recherche de thèse, quatre doctorants ont proposé aux élèves des activités reliées à chacune des caractéristiques de leur recherche ; alors que deux doctorants ont fait travailler les élèves sur leurs matériels de recherche, sans lien direct avec les questions de recherche de la thèse  : un était centré sur le questionnement scientifique, sans les matériels et un autre enfin a proposé un travail s’apparentant à des activités scolaires. Ce constat met en lumière que, soit une démarche de recherche simple mais authentique est extraite du travail de recherche de thèse, soit le travail de transposition conduit à la substitution d’éléments de la recherche doctorale afin de s’adapter au niveau effectif des élèves de seconde. Cette diversité de caractérisations, qui existe entre les représentations des doctorants de leurs pratiques de recherche et le travail des élèves dans les laboratoires, correspond aux écarts entre ce que souhaite le niveau décisionnel pour EDIFICE en terme de visée et comment les acteurs du terrain s’approprient le dispositif. Pour la moitié des groupes, ces écarts constatés sont dus à l’aboutissement de négociations dans le travail de transposition. Ainsi, quatre doctorants ont été influencés par les remarques d’élèves ou d’un enseignant accompagnateur. Par conséquent, ces négociations ont orienté des moments en laboratoires vers davantage de travaux pratiques et de manipulations. Nous mettons donc en évidence un décalage entre le niveau institutionnel du partenariat et celui des acteurs hétérogènes du terrain qui négocient, voire entrent en conflit. Ces tensions et négociations ont été source de créativité afin d’imaginer des moments en laboratoire convenant à chacun des acteurs en présence et qui ont dû construire leur propre identité et/ou accepter l’affirmation identitaire des autres. Qui aurait pu soupçonner aussi qu’un acteur d’un genre nouveau, les matériels, aurait pu faire son apparition ? Dans l’absolu, le suivi des consignes initiales de ne pas vulgariser aurait sans doute amené à des difficultés majeures alors que nous ne signalons pas de dysfonctionnements réels à la fin de la première année du dispositif, des négociations ayant été menées au sein de la majorité des groupes. Le partenariat scientifique tire bénéfice d’une organisation qui permet à des acteurs de pouvoir s’enrichir mutuellement, ici dans un cadre institutionnel, alors qu’ils n’ont initialement pas vocation à se côtoyer. EDIFICE est donc un dispositif construit dans le cadre d’un partenariat parce qu’il établit une relation suivie, durable et évolutive, né d’un constat, entre des organisations différentes dans leur fonctionnement, leurs objectifs et leurs personnels mais réunies par leurs intérêts convergents. Il implique des associations entre élèves, doctorants et enseignants, dont la recherche des rôles respectifs peut être la source de négociations, de tensions, voire de conflits.

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Annex

Annexe 1 : guide d’entretien doctorant

Quel est votre sujet de thèse ?

Qu’avez-vous proposé aux premières séances ?

Comment avez-vous fait pour amener les élèves à comprendre votre thèse ? Pour combler le fossé seconde – doctorat ? Y-êtes-vous parvenu ?

Séance après séance ?

Les outils et les supports utilisés (articles scientifiques, cours, présentations, explications orales, visites de laboratoire, manuels, etc.)

Quelles sources avez-vous utilisées ?

Quelle était votre préoccupation principale :
– se mettre au niveau des élèves ;
– les motiver ;
– les rendre actifs ;
– leur donner une image la plus réaliste possible de votre travail au jour le jour.

Les activités que vous leur avez proposées :
– rentraient pleinement dans le cadre de la thèse ;
– sont des éléments de la recherche refaits, simplifiés mais réalisés précédemment dans le cadre de la thèse ;
– sont en lien avec le thème de la thèse mais ne sont pas réalisés dans le cadre de la thèse ;
– sont sans lien avec le sujet de la thèse.

Quelles difficultés avez-vous rencontrées ?

Quelles difficultés les élèves ont-ils pu rencontrer ?

Quelles remédiations avez-vous appliquées ? Quels éléments ont été utiles pour aider les élèves à surmonter les difficultés ?

Avez-vous pu observer des changements d’attitudes d’élèves ?
– envers ce que vous leur proposiez ;
– envers les sciences ;
– des changements d’orientation pour la première ?
– des changements dans les ambitions professionnelles ?

Avez-vous collaboré avec d’autres doctorants (échange de pratiques, façons de faire, supports, documents, expériences, protocoles, etc.) ?

Avez-vous eu des conseils d’enseignants ? Lesquels ? Les avez-vous suivis ?

Avez-vous eu des remarques d’élèves qui auraient pu infléchir votre pratique ?

Annexe 2 : guide d’entretien professeur accompagnateur

Quelles sont les différentes façons utilisées par les doctorants et que vous avez observées afin d’amener les élèves de seconde à comprendre leur recherche ?

Comment se sont déroulées les premières séances ?

Comment ont-ils pu combler le hiatus existant entre leur niveau de doctorat et celui de la classe de seconde ?

Quelles façons vous semblaient les plus propices à une intégration réussie des élèves dans les centres de recherche a priori ?

Quels facteurs ont pu contribuer favorablement à cette intégration ?

D’après vos observations, ce compromis est-il réalisable ?

Différences selon les laboratoires ? Politiques des centres de recherche ?

Les doctorants étaient-ils plus préoccupés par se mettre au niveau des élèves ou bien leur donner une image réaliste de leur travail au jour le jour ?

Les activités effectuées avec les élèves :
– rentraient pleinement dans le cadre de la thèse ;
– sont des éléments de la recherche refaits, simplifiés mais réalisés précédemment dans le cadre de la thèse ;
– sont en lien avec le thème de la thèse mais ne sont pas réalisées dans le cadre de la thèse par le doctorant ;
– sans lien avec le sujet de la thèse.

Quelles difficultés ou obstacles les élèves ont-ils pu rencontrer ? Quels éléments ont été utiles pour aider les élèves à surmonter les obstacles ?

Avez-vous pu remarquer des situations plus propices à une certaine émancipation des élèves dans les laboratoires ? Quels facteurs ont pu agir ?

La réussite dépend des laboratoires ? Des doctorants ? Des élèves ?

Avez-vous des exemples précis d’association doctorant/élèves réussie ? Quelles sont les causes de ces réussites ?

Avez-vous des exemples précis d’association doctorant/élèves en échec ? Quelles sont les causes de ces échecs ?

Comment définiriez-vous votre rôle pour la réussite de cette immersion en laboratoire ? Par rapport au dispositif d’accompagnement personnalisé ? En laboratoire ? En cours ? Préparation congrès ?

Comment s’est fait le recrutement des élèves pour le projet dans votre lycée ?

Quelle a été l’organisation temporelle ?

Avez-vous pu observer des changements d’attitude des élèves envers les sciences ? Des changements d’orientation pour la filière de première ? Des changements dans les ambitions professionnelles ?

Avez-vous d’autres éléments à ajouter ?

Annexe 3 : guide d’entretien élève

Comment avez-vous passé votre temps dans le laboratoire ? Qu’avez-vous fait ? Racontez-moi.

Pouvez-vous me dire dans quelle mesure vos activités rentraient dans le cadre de la démarche de recherche du doctorant qui vous encadrait ? Est-ce que les activités effectuées :
– rentraient pleinement dans le cadre de la thèse ;
– sont des éléments de la recherche refaits, simplifiées mais réalisées précédemment dans le cadre de la thèse ;
– sont en lien avec le thème de la thèse mais ne sont pas réalisées dans le cadre de la thèse par le doctorant ;
– sont sans lien avec le sujet de la thèse.

Est-il possible que les élèves soient eux aussi acteurs dans le processus de la recherche scientifique ?

Compreniez-vous forcément le sens, les objectifs des activités que vous avez effectuées ? Étiez-vous au courant des objectifs du travail à effectuer ? Ou bien parfois, vous est-il arrivé de ne pas comprendre pourquoi vous faisiez les tâches que vous faisiez ?
– Lorsque vous n’étiez pas au courant : quelles difficultés ou obstacles rencontrés vous ont empêché de comprendre les objectifs des activités à effectuer ?
– Lorsque vous étiez au courant : qu’est-ce qui a fait que vous étiez au courant ? Qu’est-ce qui vous a aidé ? Qui vous a aidé ?

L’élaboration des protocoles des expériences était-elle à votre charge ? Ou bien est-ce le doctorant qui prévoyait les manipulations ? Racontez-moi comment s’effectuait cette étape du choix des manipulations à effectuer et de la façon de les mener.

Dites-moi pour chacun des éléments que je vais vous lister, si vous étiez initiateur ou exécutant :
– le choix de la situation de départ (par le professeur) ;
– la formulation du questionnement des élèves ;
– l’élaboration des hypothèses et la conception de l’investigation pour valider/invalider ;
– l’investigation conduite par les élèves (expérimentation, recherche documentaire, etc.) ;
– l’acquisition et la structuration des connaissances (sous la conduite du professeur).

Lien avec des TP de masters ?

Avez-vous refait certaines expériences ?

État de l’art ? Avez-vous étudié des notions par l’intermédiaire de ressources documentaires ?

Qu’avez-vous appris ? Quelles connaissances scientifiques avez-vous acquises ? Racontez-moi.

Qu’est-ce que la recherche scientifique pour vous ? Racontez-moi. Comment définiriez-vous la recherche scientifique ?

En quoi votre immersion dans le laboratoire a-t-elle changé votre point de vue sur la recherche scientifique ?

Orientation ? Influence parentale ?
– oui, edifice m’a rendu(e) beaucoup moins intéressé(e) par les disciplines scientifiques ;
– oui, edifice m’a rendu(e) moins intéressé(e) par les disciplines scientifiques ;
– non, edifice n’a eu aucune influence sur mon choix d’orientation ;
– oui, edifice m’a rendu(e) davantage intéressé(e) par les disciplines scientifiques ;
– oui, edifice m’a rendu(e) beaucoup plus intéressé(e) par les disciplines scientifiques.

Quelles raisons ont influencé votre choix ?

Quelles recherches effectue le doctorant qui vous encadre ?

Quel est l’objectif de ses recherches ?

Quels sont les rôles joués par vos enseignants lors des périodes d’immersion en laboratoire ? Quelle est la nature de leurs interventions ? Avez-vous un exemple montrant un rôle joué par un de vos enseignants au laboratoire de recherche ?

Annexe 4 : grille d’analyse du corpus

Partie I : moments en laboratoire Les problèmes qu’on résout mom1
Types d’activités, de tâches mom2
Les instruments matériels et intellectuels mom3
Représentations symboliques mom4
Les savoirs en jeu et produits mom5
Partie II : pratique de recherche de référence Les problèmes qu’on résout réf1
Types d’activités, de tâches réf2
Les instruments matériels et intellectuels réf3
Représentations symboliques réf4
Les savoirs en jeu et produits réf5
Partie III : explicitation du travail de transposition didactique entre la pratique de recherche de référence et les moments en laboratoire Explicitation entre réf1 et mom1 exp1
Explicitation entre réf2 et mom2 exp2
Explicitation entre réf3 et mom3 exp3
Explicitation entre réf4 et mom4 exp4
Explicitation entre réf5 et mom5 exp5
Partie IV : évolutions des moments coproduits Causes des évolutions et difficultés rencontrées évo
Partie V Visée éducative vis

Annexe

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Notes

1 Centre national de la recherche scientifique.

2 Bureau de recherches géologiques et minières.

3 D’après le document de l’université d’Orléans répondant à l’appel à projets des investissements d’avenir « initiatives d’excellence en formations innovantes ». En ligne : <https://www.univ-orleans.fr/sites/default/files/Université/documents/projet_edifice.pdf>, 2012, p. 4.

4 Ibid., p. 7.

5 Ibid.

6 Ibid., p. 9.

7 Ibid., p. 4.

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List of illustrations

Title Figure 1 : les cinq tranches du projet EDIFICE
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/1346/img-1.jpg
File image/jpeg, 156k
Title Figure 2 : modélisation du concept de situation prototypique d’enseignement-apprentissage (Lebeaume, 1999, 2000).
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/1346/img-2.jpg
File image/jpeg, 141k
Title Figure 3 : situation d’enseignement-apprentissage prescrite dans le cadre du projet édifice
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/1346/img-3.jpg
File image/jpeg, 241k
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References

Bibliographical reference

Vincent Voisin and Nathalie Magneron, « Construction par des doctorants de situations d’enseignement-apprentissage dans le cadre d’un partenariat innovant (EDIFICE) », RDST, 13 | 2016, 161-191.

Electronic reference

Vincent Voisin and Nathalie Magneron, « Construction par des doctorants de situations d’enseignement-apprentissage dans le cadre d’un partenariat innovant (EDIFICE) », RDST [Online], 13 | 2016, Online since 24 October 2018, connection on 21 November 2019. URL : http://journals.openedition.org/rdst/1346 ; DOI : 10.4000/rdst.1346

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About the authors

Vincent Voisin

UMR STEF, École normale supérieure de Cachan, lycée Pothier

Nathalie Magneron

ESPÉ Centre Val de Loire, université d’Orléans, UMR STEF, École normale supérieure de Cachan

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