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Le rôle des connaissances de référence dans la gestion des phases de débat scientifique à l’école primaire en Suisse romande

The role of reference knowledge in the management of the scientific debate phases in primary school in French-speaking Switzerland
Corinne Marlot et Jean-Marie Boilevin
p. 183-207

Résumés

Cette recherche aborde en premier lieu la question du rôle de l’enseignant et des supports mobilisés lors de la gestion de débats argumentatifs en classe. L’étude s’appuie sur l’élaboration collective et la mise en œuvre d’une séance de classe avec des élèves de 8-9 ans. Elle vise à comprendre la contribution des connaissances de référence (en tant qu’ensemble évolutif de connaissances d’ordre théorique ou empirique, relatives au thème abordé, disponibles à la fois chez le maître et chez les élèves et ayant été publiquement validées) dans l’apparition chez les élèves d’« effets d’argumentation » sur les possibles. Les résultats permettent de caractériser la construction de ces connaissances qui vont permettre, in fine, la production de premières explications du phénomène. Ces explications, comme autant de premières règles, seront ensuite mises à l’épreuve dans le cadre d’une situation-problème. Par ailleurs, cette étude présente le débat scientifique comme un processus interactif de partage des responsabilités entre l’enseignant.e et les élèves. Dans ce contexte et d’un point de vue didactique, les connaissances de référence qu’elles soient de nature empirique ou théorique, jouent le rôle d’arrière-plan commun. La mise en tension des deux registres (empirique et théorique) permet de construire au fil des interactions langagières des significations partagées. Les élèves participent ainsi pleinement à la validation et l’enseignant, de son côté, s’en tient aux aspects essentiels du savoir en jeu. La mobilisation de ces connaissances de référence lors des phases de débat semble soutenir la gestion par l’enseignante débutante de ces phases interactives qui inquiètent souvent les novices.

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Texte intégral

Introduction : la place du débat dans l’apprentissage des sciences

  • 1 Programmes d’enseignement de l’école maternelle et élémentaire (arrêté du 18-2-2015 – Journal offi (...)
  • 2 Plan d’étude romand (PER) Conférence intercantonale de l’Instruction publique (2012). Les plans d’é (...)

1Depuis quelques années, les programmes scolaires français1 et suisse2 préconisent un enseignement des sciences fondé sur l’investigation. Selon le prescripteur, le but de cette démarche est, entre autres, d’apprendre aux élèves à observer, à questionner certains phénomènes de leur environnement, à formuler des hypothèses, les argumenter, les tester pour tenter de décrire et expliquer ces phénomènes. Il s’agit de mettre l’élève en position de recherche, comme le ferait un scientifique, avec la rigueur nécessaire tant au niveau de la méthode suivie que du lexique employé, afin de le conduire à construire de nouvelles connaissances pour mieux comprendre et expliquer le monde qui l’entoure. Dans le cadre d’un enseignement fondé sur l’investigation, le débat scientifique occupe donc une place essentielle.

2Pour autant, la comparaison avec le chercheur scientifique n’est pas totalement pertinente car, de notre point de vue, il y a nécessairement transposition didactique et c’est bien là tout l’enjeu de la mise en œuvre de la démarche scientifique à l’école. Boilevin et al. (2016, p. 26) définissent ainsi l’enseignement et l’apprentissage scientifique fondé sur l’investigation « comme une démarche d’enseignement des sciences qui entretient des rapports avec les démarches scientifiques. Ces rapports peuvent être interrogés à cinq niveaux : ce que font les scientifiques (les démarches scientifiques) ; ce qu’en disent les curricula ; ce que font les enseignants, notamment ce qu’ils font faire à leurs élèves, les tâches qu’ils leur confient ; ce que font les élèves, ce qu’ils apprennent, comment ils l’apprennent ; ce qui est évalué ». Boilevin (2013, p. 184) précise qu’une « séquence d’enseignement serait une séquence d’investigation si l’élève effectue un ou des apprentissages au cours de la séquence, en réalisant des tâches qui ne sont pas uniquement des tâches d’ordre expérimental, et en participant à la validation des productions des autres élèves, autrement dit en participant au choix argumenté entre plusieurs méthodes, plusieurs hypothèses, plusieurs protocoles expérimentaux, plusieurs explications, plusieurs modèles ». Ces « définitions » de l’investigation scolaire mettent en avant la place de l’élève dans la construction du savoir, l’importance donnée à l’argumentation et au débat scientifique dans l’apprentissage, l’importance et la nature du rôle de l’enseignant dans la gestion de ces séquences de classe.

3Les différentes méthodes d’investigation mises en jeu par l’enseignant (observation, expérimentation, modélisation, recherche documentaire, etc.) partagent la même visée : faire passer les élèves de la pensée quotidienne, voire naïve, à une pensée plus scientifique et ce, grâce à la médiation du professeur.

4Au-delà du fait que les chercheurs, tout comme l’institution, ne sont pas tous d’accord sur ce qu’est ou sur ce que devrait être l’enseignement des sciences fondé sur l’investigation (Perron, 2018), de nombreuses recherches en didactique s’intéressent aux conditions de mise en œuvre en classe et aux effets sur les apprentissages (Venturini & Tiberghien, 2012 ; Boilevin, 2013). Certaines modélisent le processus de changement conceptuel en sciences à l’œuvre (par ex. Johsua & Dupin, 1993 ; Linn, Bell & Davis, 2004 ; Hofstein & Lunetta, 2004 ; Méheut, 2006 ; Orange, 2005 ; Calmettes, 2012 ; Boilevin, 2013). D’autres montrent que cette mise en œuvre en situation de classe ordinaire ne va pas de soi (Marlot & Morge, 2016) : enseignants et élèves se retrouvent face à de nombreuses difficultés (Monod-Ansaldi & Fontanieu, 2013). La mise en place du débat, son anticipation et sa régulation représentent sans aucun doute une de ces difficultés récurrentes.

  • 3 L'étude présentée ici s’inscrit dans le cadre d'un projet interculturel qui a permis à une équipe (...)

5C’est pourquoi la question du rôle de l’enseignant et des supports mobilisés lors de la gestion de débats argumentatifs a été identifiée, dans le cadre d’un projet de recherche-formation3comme une préoccupation commune à la fois aux deux chercheurs et aux six étudiants-stagiaires impliqués.

1. Cadre théorique et problématique

1.1. Le débat scientifique comme une exploration du champ des possibles

6Selon Orange (2003, p. 83) « l’activité scientifique ne se réduit pas à la conduite d’expériences ou d’observations mais […] est caractérisée par une attitude critique qui ne se développe que dans des échanges écrits et oraux ». Les savoirs scientifiques sont des savoirs raisonnés (Bachelard, 1938) et à ce titre, comme le dit Orange (p. 86.) « Les fonctions du débat ne se limitent pas alors à l’explicitation et à la fissuration des conceptions : c’est avant tout la construction de raisons – portant sur les solutions possibles – qui est visée ». À sa suite, nous considérons le débat scientifique comme une exploration et une structuration du champ des possibles.

  • 4 Bien qu’il ne s’agisse pas tout à fait de « recueillir » les conceptions initiales mais plutôt de (...)

7Au sein d’une séquence d’apprentissage, différents moments peuvent être l’occasion de la mise en place de phases de débat. C’est le cas, par exemple, du début de la séquence où il est souvent de coutume de « recueillir »4 les conceptions initiales des élèves relatives à la thématique abordée par la position d’un premier questionnement. Ce recueil peut être l’occasion d’un débat où les élèves sont amenés à confronter ce qu’ils savent et pensent savoir du sujet. À ce stade, et dans le cadre d’un apprentissage par problématisation (Orange, ibid.), les interactions langagières visent la construction de raisons. Celle-ci est rendue possible par la mise en tension du registre empirique avec le registre théorique (Orange, ibid.), ce qui permet à l’élève – in fine –de construire de nouvelles connaissances sur le monde. Dans ce cadre, la construction des raisons amène les élèves à répondre à la question « pourquoi les choses sont ainsi et pas autrement » au lieu de s’intéresser uniquement au « comment ça fonctionne », ce qui pourrait avoir pour conséquence d’engager les élèves à penser en terme de vrai ou faux et non pas en terme de possible et impossible. La confrontation des conceptions initiales et l’élaboration de raisons permettent d’écarter certaines propositions explicatives non pertinentes au regard des connaissances partagées dans la classe et de problématiser le questionnement de départ, sous la forme d’une ou de plusieurs questions. Les élèves sont alors conduits à émettre des hypothèses relatives aux questions posées, voire à concevoir eux-mêmes le dispositif d’investigation qui va leur permettre de les valider ou de les invalider. Ces moments peuvent également être l’occasion d’un débat où les élèves argumentent leur position quant à la validité ou non des hypothèses retenues.

8Les résultats de l’investigation et leur interprétation peuvent aussi donner lieu à débat. Il s’agit alors d’analyser et de communiquer. Ici, le débat joue un rôle important car mettre en mots ce qui a été observé lors de l’investigation peut contribuer à aider l’élève à une meilleure structuration de ses connaissances. La pertinence des connaissances invoquées et la précision du lexique employé dans les arguments proposés ajoute à la compréhension du phénomène étudié pour l’élève lui-même mais également pour les autres (Bisault, 2008).

9Le groupe collaboratif (nous l’appellerons ainsi), participant au projet de recherche-formation, a choisi de porter son attention sur les propositions argumentées des élèves, lors d’un moment de débat relatif à une phase de structuration des connaissances, afin d’identifier certaines des conditions nécessaires à l’exploration raisonnée du champ des possibles.

1.2. Un cadre d’analyse didactique multiréférentiel

10Afin d’outiller notre regard et soutenir nos analyses, nous avons sélectionné certains concepts et notions issus de différents courants de la didactique. Ce choix relève d’un enjeu théorico-méthodologique fort qui résonne avec notre souci de contribuer à mieux caractériser le processus de production d’idées explicatives par les élèves. La pertinence de ce choix sera discutée ultérieurement à l’aune des résultats produits par l’articulation de ces différents concepts.

11Pour certains chercheurs, le rôle de l’argumentation en classe est l’apprentissage d’une compétence citoyenne, mais pour d’autres, il peut aussi viser la construction des savoirs en science (Douaire, 2004 ; Buty & Plantin, 2008). C’est le cas par exemple de nombreux travaux publiés en anglais, basés sur le modèle de l’argumentation de Toulmin (Von Aufschnaiter et al., 2008 ; Osborne et al., 2013) ou bien encore les travaux de Erduran et Jiménez-Aleixandre (2007). D’un point de vue général, nous considérons qu’un des enjeux majeurs d’une démarche scientifique est de produire des explications. Mais d’un point de vue plus spécifique, la démarche peut être considérée comme une forme logique (au sens de la production de propositions fondées en raison). À la suite de Bisault (2005), nous considérons que les apprentissages scientifiques résultent de l’articulation d’activités langagières relevant de l’argumentation avec des activités expérimentales. Pour autant, cette argumentation sur les possibles (Orange, 2003) doit pouvoir s’appuyer sur des éléments de connaissance préalables.

  • 5 Inscrits d’ailleurs dans un troisième registre (explicatif).

12Si l’on suit Lhoste (2017, p. 66), le registre empirique « peut accueillir à la fois des objets et des phénomènes, mais surtout des éléments très élaborés et déjà construits par ailleurs, comme des modèles factualisés ». Le questionnement proposé par l’enseignant et/ou induit par l’observation d’un phénomène de l’environnement contribue à construire ce registre empirique en lien avec le vécu et les connaissances des élèves, ou comme le dit Lhoste, « le registre empirique est conditionné en partie par le contexte problématique dans lequel se déroule l’enquête scientifique ». Dans la proposition d’Orange (2003) qui conditionne la production de savoirs raisonnés à la mise en tension des deux registres5, le registre des modèles apparaît alors comme celui qui contient des éléments liés à une construction des possibles. « Ce registre renferme des tentatives de solutions proposées pour expliquer les éléments du registre empirique ». (Lhoste, ibid.). Il nous apparaît alors que la construction préalable et la mobilisation de connaissances de référence représentent les conditions nécessaires à toute argumentation sur les possibles. Selon (Morge, 2016, p. 149) « les connaissances de référence sont l’ensemble évolutif de connaissances d’ordre théorique ou empirique, relatives au thème abordé, disponibles à la fois chez le maître et chez les élèves… ayant été publiquement validées ».

13C’est là le postulat de départ qui ouvre notre enquête et va nous amener à mieux comprendre la façon dont ces connaissances de référence vont être mobilisées par les élèves afin de produire des arguments qui visent à établir la possibilité ou l’impossibilité des propositions.

  • 6 Le préfixe trans engage le chercheur didacticien à explorer ce qui est « transmis », en termes d’o (...)

14Cela revient pour nous à analyser la façon dont se déploie l’action conjointe professeur-élèves, au sein des transactions didactiques6 (Marlot, 2008 ; Sensevy, 2011) lors d’un moment de débat. Notre analyse de l’action conjointe nous conduit alors sur le versant de l’analyse des interactions langagières. En effet, à la suite de nombreux travaux, nous affirmons que l’activité langagière des acteurs renseigne sur leur activité cognitive dans la mesure où elle peut rendre compte de certains déplacements cognitifs qui accompagnent les reformulations successives (des élèves) en situation d’interaction (Schneeberger, 2008). Si l’on considère que le débat scientifique dans la classe favorise le changement conceptuel des élèves (Johsua & Dupin, 1993 ; Fabre & Orange, 1997), alors il est possible d’imaginer que les reformulations manifestant des déplacements cognitifs seront plus fréquentes et plus structurées dans cette situation particulière d’interaction. L’articulation de concepts théoriques issus de cadres différents est nécessitée par la visée de l’analyse : comprendre la manière dont il est fait usage de ces connaissances de référence préalablement construites lorsqu’il s’agit pour les élèves de conclure à la possibilité ou l’impossibilité de certaines propositions lors d’un moment visant à favoriser la structuration des connaissances.

15En effet, à ce niveau, notre intention est de poser la valeur argumentative des propositions des élèves au regard des éléments de connaissance qu’elles embarquent. À ce titre, la mise en synergie de concepts issus pour certains d’un cadre de la didactique des sciences et d’autres du cadre de la TACD (Sensevy, 2011) nous semble être un choix dont il conviendra d’analyser la pertinence au regard des résultats produits. Pour la didactique des sciences, nous retiendrons le registre de référence mobilisé – registre empirique ou registre des modèles (Martinand, 1992 ; Orange, 2003) et pour la TACD les notions de dialectique contrat-milieu, d’équilibration didactique et de configuration topogénétique.

  • 7 Pour faire vivre la dialectique du connu et de l'à-connaître, le professeur peut agir en disant/mo (...)

16Dans une situation d’apprentissage, le contrat didactique, selon la TACD, désigne ce qui façonne le rapport de l’élève avec ce qu’il y a à faire dans le milieu. Ainsi, il existe une véritable dialectique entre le contrat et le milieu : le contrat didactique ne peut être envisagé qu’en interaction avec le milieu. En effet, pour que les élèves puissent appréhender la situation, le contrat didactique doit recéler une véritable force de problématisation (dans l’équilibre entre la part de certitudes et la part d’incertitudes) et le milieu de l’étude doit être suffisamment opératoire, c’est-à-dire qu’il doit refermer suffisamment de potentiel d’action (Sensevy, ibid.). Autrement dit, l’apprentissage consiste à tendre vers une forme d’équilibre jamais totalement atteinte entre le contrat et le milieu, c’est l’équilibration didactique. Analyser les transactions didactiques c’est comprendre à quels jeux jouent les élèves et le professeur au regard de cette équilibration entre le contrat et le milieu. Par ailleurs, dans l’idée de mieux saisir comment sont mobilisées les connaissances de référence pour argumenter sur les possibles, il importe de comprendre comment s’organise le partage des responsabilités entre l’enseignant et les élèves vis-à-vis de la construction du savoir. Ce partage se donne à voir grâce à différents descripteurs : le couple réticence-expression7(Sensevy & Vigot, 2016), les postures d’analyse ou d’accompagnement du professeur et les modalités de reformulation des propositions des élèves (Marlot, 2014).

17Nous voyons ainsi en quoi la mobilisation et la mise en synergie de ces différents cadres, issus pour partie de la didactique des sciences et pour partie de la TACD, pourraient nous permettre de produire des éléments de réponse à la question de recherche suivante : en quoi l’identification et l’usage des connaissances de référence dans la classe peut-elle permettre de mieux comprendre la façon dont s’élaborent chez les élèves certains « effets d’argumentation » sur les possibles ?

18Dans cet article, nous nous attacherons à identifier la valeur argumentative de certaines des propositions des élèves, dans le cadre d’une leçon sur les notions de lumière et d’ombre (trois séances de 45 minutes) donnée dans une classe suisse (élèves de 8-9 ans). Nous nous focaliserons sur la phase de structuration des connaissances – à la fin de la séance 3 – qui prend appui sur un document proposé par l’enseignante.

2. Méthodologie

2.1. La construction des données : présentation de la séquence

19L’objectif notionnel essentiel de la leçon, support expérimental de l’étude, est de comprendre que la lumière se déplace en ligne droite. En effet, la formation de l’ombre portée nécessite l’alignement de trois éléments dans un ordre immuable : une source de lumière (naturelle ou artificielle), un obstacle (objet opaque) et un « écran ». Cette nécessité rend compte de l’aspect rectiligne de la propagation de la lumière mais également de la notion d’opacité (la lumière ne traverse pas certains objets). Le travail sur cette thématique doit permettre aux élèves de comprendre les conditions nécessaires à la formation d’une ombre.

20Cette séquence est préparée conjointement par les étudiants stagiaires.  Elle est ensuite mise en œuvre dans une classe lausannoise de sixième HarmoS (élèves de 8-9 ans) par une étudiante suisse du groupe collaboratif, dans la classe où elle effectue son stage de deuxième année.

21C’est au regard des obstacles et des premiers modèles explicatifs attendus des élèves, identifiés dans le cadre de l’analyse a priori conduite par le groupe collaboratif, que différentes situations ont été proposées aux élèves sous forme d’un ensemble de tâches organisées et structurées. Cette analyse et le scénario pédagogique qui en découle s’appuient principalement sur des travaux de recherche (Ravanis & Boilevin, 2009 ; Delserieys et al., 2018) ayant testé des procédures didactiques de déstabilisation des représentations spontanées des élèves. Ces procédures visaient la construction, par les élèves, d’un modèle explicatif pour la lumière et la formation des ombres compatible avec l’optique géométrique classique, c’est-à-dire prenant en compte la propagation rectiligne de la lumière et la notion d’opacité. Les résultats de ces études amènent ces chercheurs à distinguer plusieurs difficultés dans les raisonnements et les explications des élèves :
a/ difficulté de construction mentale d’une conception de la lumière comme entité indépendante à cause de la centration sur les effets visibles produits et/ou les sources lumineuses ;
b/ difficulté pour expliquer le phénomène de formation des ombres : b1) difficulté pour reconnaître un obstacle (objet nécessairement opaque) ; b2) difficulté pour définir la place de l’ombre par rapport à celle de la source lumineuse et de l’obstacle ; b3) difficulté pour identifier la correspondance entre le nombre de sources lumineuses et celui des ombres.

22La séquence est constituée de trois séances dont seule la troisième a fait l’objet d’un enregistrement vidéo. Cependant, les productions des élèves, individuelles et collectives, ont été récoltées pour les trois séances et les séances 1 et 2 ont fait l’objet de prise de notes par les chercheurs et d’enregistrement audio partiels (plus particulièrement les moments d’institutionnalisation des connaissances).

  • 8 À la différence de la notion d’activité qui rend compte de la manière dont l’élève s’est engagé da (...)

23La présentation de la séquence (annexe 1) rend compte des situations proposées aux élèves sous la forme d’une succession de tâches-élèves de la séance 1 à la séance 3. À la suite de Leplat (1997), la tâche est ici considérée en tant que tâche prescrite, supposée donner lieu au développement de savoirs et/ou de compétences chez les élèves8. Le tableau présente la structuration des différentes séances, en termes de tâches, et d’objectifs sous-jacents.

24Nous pouvons observer que les situations proposées aux élèves dans la séance 3 visent à dépasser les difficultés b2) et b3) en appui sur la construction et la mobilisation d’un référent empirique commun (les difficultés a] et b1]) ont été travaillées dans les séances précédentes). Pour autant, comme nous le verrons dans l’analyse des données, il semble que la difficulté b1) ne soit pas prise en compte.

2.2. L’analyse des données

25L’analyse vise à mettre à l’épreuve l’hypothèse de travail qui met en relation la construction de connaissances de référence et la production d’énoncés « à effet argumentatif », dans le cadre d’une argumentation sur les possibles.

  • 9 Au sein du synopsis, le niveau macroscopique correspond aux grandes phases identifiées dans la séa (...)

26L’analyse vise dans un premier temps (temps 1) l’identification de l’ensemble des connaissances de référence coconstruites en classe tout au long des trois séances. Elle se focalise ensuite, dans un second temps (temps 2) sur la phase de structuration des connaissances, à la fin de la séance 3 où les élèves, en appui sur l’affiche OPI (Ombres possibles et impossibles), argumentent sur les cas possibles et les cas impossibles. Cette analyse nécessite de procéder à une réduction des données selon un synopsis de la séance (annexe 2) qui se présente sous la forme d’un tableau développant la chronique didactique découpée suivant des grains d’analyse macroscopique, mésoscopique9 et microscopique et qui, respectivement, nous permettent de découper la séance 3 en phases, scènes et épisodes.

27C’est au troisième niveau, le niveau microscopique, qu’intervient l’identification d’observables pertinents au regard de notre question de recherche (par exemple la présentation d’un cas qui ne fait pas consensus et donne lieu à des arguments qui mobilisent plus ou moins certaines connaissances de référence). Ces observables permettent de délimiter des épisodes qui feront l’objet d’une analyse des transactions didactiques. Ainsi, une scène pourra donner lieu à plusieurs épisodes ou à aucun selon qu’il sera possible ou pas de repérer des évènements en lien avec notre focale de recherche (ici, la mobilisation des connaissances de référence). Le temps 2 de l’analyse va donc concerner un certain nombre d’épisodes relatifs à la situation de débat en fin de séance 3 ; chaque épisode étant constitué d’un ensemble d’énoncés. Nous verrons ainsi en quoi les éléments de connaissance coconstruits précédemment sont alors mobilisés pour produire des effets d’argumentation et quelle est la valeur argumentative de ces propositions. Cette analyse s’attachera à repérer dans le fil des transactions à la fois les registres (empirique ou théorique) qui sont mobilisés par les élèves et par l’enseignante, leur éventuelle mise en tension mais également les évolutions topogénétiques en prise avec les modalités de régulation du professeur. Cette analyse in situ permettra de statuer sur le rôle éventuel des connaissances de référence dans la production d’arguments ou d’effets d’argumentation par les élèves.

3. Résultats

3.1. Temps 1 : élaboration des connaissances de référence

28Il est à noter que l’enregistrement vidéo (de la séance 3) montre qu’en terme de tâches et de supports associés, on ne constate pas d’écart entre le prévu et le réalisé. Nous pouvons alors considérer que les élèves ont bien été exposés à ces objets (supports) selon le scénario décrit dans la présentation de la séquence.

29Les connaissances de référence se donnent à voir dans les productions écrites des élèves (schémas légendés et/ou phrase explicative), dans les affiches collectives récapitulatives d’une expérience (figure 1) ou encore dans les reformulations de l’enseignante dans le cadre des nombreuses micro-institutionnalisations.

  • 10 Dans la tâche 4 de la séance 3, les élèves sont confrontés collectivement à l’affiche OPI (parmi l (...)

30Les tableaux et illustrations ci-dessous rendent compte de manière chronologique – et pour chacune des tâches –des connaissances de référence coconstruites dans la classe.10

Tableau 1 : modalités de construction des connaissances de référence pour la séance 1

Phénomène : production de son ombre Connaissances de référence coconstruites inférées des traces de l’activité enseignante/élèves
Tâche 0a
Dessiner l’ombre de son camarade dans la cour par expérience directe.
S’il y a du soleil, alors il y a une ombre
Tâche 0b
Énoncer les caractéristiques de l’ombre portée par évocation de l’expérience vécue dans la cour
(1) Pour qu’une ombre (noire) se forme il faut de la lumière (soleil), un obstacle (corps), et un écran (le sol)
(2) S’il n’y a pas de soleil, il n’y a pas d’ombre

Fig. 1 : affiche collective des premières conditions de production d’une ombre

Fig. 1 : affiche collective des premières conditions de production d’une ombre

Tableau 2 : modalités de construction des connaissances de référence pour la séance 2

Phénomène : production ou non-production d’une ombre Connaissances de référence coconstruites en classe
Tâche 1 : définir les conditions de la formation d’une ombre en produisant une analyse d’une situation-problème présentée sous forme de schéma par interprétation du phénomène Pour qu’une ombre se forme (sur un écran), la source et l’obstacle doivent être alignés.

Fig. 2 : affiche-schéma de la situation-problème 1

Fig. 2 : affiche-schéma de la situation-problème 1

Tableau 3 : modalités de construction des connaissances de référence pour la séance 3

Tâches-élèves Connaissances de référence coconstruites en classe
Tâche 2a : réaliser une expérience pour étudier l’influence de la distance de la source à l’obstacle sur la forme de l’ombre en utilisant un Playmobil et une lampe (expérience 1) La forme de l’ombre change si on éloigne ou si on rapproche l’obstacle de la source
Tâche 2b : réaliser un schéma explicatif de l’expérience 1 en utilisant le lexique scientifique
Tâche 3a : réaliser une expérience pour étudier l’influence de la source (nombre et orientation) sur la formation des ombres en utilisant plusieurs lampes et un Playmobil S’il y a plusieurs sources, il y a plusieurs ombres pour un même obstacle
Tâche 3b : réaliser un schéma explicatif de l’expérience 2 en utilisant le lexique scientifique

31La lecture de ces tableaux montre que ces premières connaissances qui tiennent lieu de connaissances de référence relèvent, pour certaines, du registre théorique et cela ne sera pas sans conséquences sur la production des effets d’argumentation lors du débat sur les possibles, engagé à la fin de la séance 3 et qui sera finement analysé.

32Pour exemple, considérons les deux énoncés donnés dans le tableau 1 pour les tâches 0a et 0b : « S’il y a du soleil, alors il y a une ombre », « Pour qu’une ombre (noire) se forme il faut de la lumière (soleil), un obstacle (corps), et un écran (le sol) et « S’il n’y a pas de soleil, il n’y a pas d’ombre ». Ces deux énoncés sont le fruit d’une expérience directe (dessiner l’ombre de son camarade dans la cour) portée par des objets matériels. Pour autant, la re-description de cette expérience à l’aide d’objets langagiers (un lexique adapté) puis iconographique (l’affiche de la figure 1), amène bien les élèves à formuler ces connaissances dans un registre qui s’apparente véritablement au registre théorique. En effet, de tels énoncés sont généraux car ils ne sont pas associés à une situation spécifique, ils peuvent être pertinents pour un large champ d’application. Cette remarque nous semble d’autant plus importante qu’elle nous permet de poser le fait que ces connaissances de référence n’appartiennent pas forcément au registre empirique mais que, selon les conditions de production de ces connaissances, elles peuvent tout à fait relever, pour partie, du registre théorique.

33Il y a donc des liens entre connaissances pratiques et connaissances théoriques et nous verrons dans l’analyse du débat qui va suivre de quelles manières elles peuvent être mises en tension.

34Reste à savoir maintenant comment ces connaissances de référence construites et formalisées au travers des tâches 0, 1, 2 et 3 peuvent être mobilisées pour aller jusqu’au bout de la construction des connaissances attendues, et ce pour tous les élèves de la classe. C’est l’analyse fine des transactions didactiques lors de la mise en œuvre de la tâche 4 (séance 3) qui devrait nous permettre de mettre au jour le rôle de ces connaissances de référence dans la construction d’arguments par les élèves.

3.2. Temps 2 : mobilisation des connaissances de référence lors de la phase de structuration

35Cette analyse de la mise en œuvre de la situation-problème portée par l’affiche OPI (Ombre possibles/impossibles) vise à saisir le rôle joué par l’enseignante dans la remobilisation des connaissances de référence et des moyens utilisés pour y parvenir, afin de comprendre à quelles conditions ces différents éléments de connaissance peuvent intervenir dans l’élaboration d’arguments par les élèves. Parmi ces conditions, nous observerons les effets d’une mise en tension des registres empiriques et théoriques lorsque les élèves mobilisent certaines de ces connaissances de référence pour justifier leur réponse.

36Dans cette dernière partie de la séance 3, les élèves sont regroupés devant le tableau où est accrochée l’affiche OPI réalisée par l’enseignante. Ils débattent et doivent argumenter sur la possibilité ou l’impossibilité des ombres représentées sur l’affiche, pour chacun des six cas.

37En introduction à cette tâche, l’enseignante remobilise explicitement les connaissances des élèves construites lors des deux expériences précédentes (tâches 2 et 3). Les élèves sont assis au sol face au tableau et ne disposent pas de leur cahier d’expérience. L’absence des traces écrites de synthèse disponibles à ce moment génère une sorte de jeu de devinettes où les élèves passent par la remémoration de leur tâtonnement expérimental, sans utiliser le lexique spécifique élaboré (source, obstacle, écran). Face à cette indétermination, l’enseignante change de posture : elle passe d’une posture d’accompagnement où, après avoir rendu présent l’objet d’apprentissage (l’ombre nécessite un obstacle), elle reformule les propositions des élèves avec une certaine réticence didactique. Adoptant ainsi le registre empirique proposé par les élèves (le Playmobil qu’on assoit), elle passe à une posture d’analyse où elle propose une contrainte qui guide l’attention des élèves sur les dimensions essentielles de cet objet : c’est la relation source-obstacle qui doit être considérée et non pas l’obstacle en soi.

Encadré 1

128. Élève : Ben l’ombre elle a changé de forme.

129. ENS : Comment vous avez réussi à changer la forme ?

130. Élève : Ben on a fait asseoir le Playmobil et puis le Playmobil il était plus petit, alors que quand c’était debout l’ombre elle était plus grande.

131. ENS : Donc qu’est-ce que tu as fait pour que l’ombre change ?

132. Élève : Euh on a… On a assis le… On a bougé l’obstacle et on a fait s’asseoir.

133. ENS : Et si je te disais l’obstacle il peut pas bouger.

134. Élève : Ben il faut bouger l’écran.

38L’enseignante se déplace du côté de l’expression du rapport adéquat au savoir, sans pour autant donner la réponse. Elle active ainsi le raisonnement des élèves et les guide vers le registre théorique. Toutefois, il n’est pas certain que cet échange public entre l’enseignante et un seul élève ait permis à tous les élèves de comprendre que c’est la variation de la distance relative entre les éléments qui doit être comprise comme source de variabilité de la taille de l’ombre portée.

39Puis, l’affiche OPI est présentée aux élèves.

Fig. 3 : les 6 cas de la situation-problème n° 2 (OPI)

Fig. 3 : les 6 cas de la situation-problème n° 2 (OPI)
  • 11 Un cas correspond à un certain agencement des éléments et des conditions nécessaires à la formatio (...)

40L’affiche en elle-même, par les six cas11 représentés, cristallise les enjeux de connaissance qu’il va falloir en quelque sorte objectiver et expliciter grâce au débat argumentatif. Sur l’affiche présentée aux élèves figurent seulement l’objet central, les lampes et les ombres. Les indications apparaissant sur l’illustration 3 sont une reconstruction du chercheur pour faciliter l’exposition des six cas et leur analyse. (O) désigne une ombre, (L) une lampe, le numéro associé référant au cas considéré. Dans le langage de la TACD, ce milieu (l’affiche OPI) permet l’expression du contrat (justifier les cas possibles et les cas impossibles) et à l’inverse, le contrat devrait trouver dans le milieu ses formes d’expression. Pour autant, le milieu n’est pas auto-apprenant en soi et nous allons voir ce qui relève de la médiation de l’enseignante pour faire vivre ce contrat au regard du milieu proposé.

Encadré 2

ENS : Certaines ombres, elles sont possibles, certaines ombres sont pas possibles, ça vous avez raison. Alors regardez bien ce schéma et essayez de m’expliquer lesquelles sont possibles, lesquelles sont pas possibles, toujours avec les mots scientifiques qu’on a appris

41Une première condition de l’argumentation (du point de vue de l’enseignante) est posée : utiliser le lexique scientifique adéquat. Au-delà de l’apprentissage stricto sensu d’un lexique scientifique, l’usage des mots justes recouvre celle de concepts bien distincts et qui, ensemble et de manière articulée, définissent le cadre théorique dans lequel doivent être élaborés les arguments. Nous rejoignons ici les travaux de Jaubert, Rebière et Pujo (2010) qui montrent que les apprentissages se font dans des contextes spécifiques dans lesquels les interactions verbales sont corrélées aux savoirs scolaires par l’usage explicite de manières de penser, parler et agir, spécifiques à la discipline. Pour autant, le risque pour les enseignants est de se contenter d’un changement superficiel de lexique en remplaçant simplement les termes du langage courant par des termes scientifiques. La suite des analyses montre comment s’y est prise cette enseignante.

42À partir de ce moment, ce sont les élèves qui vont, de leur propre initiative, s’emparer des différents cas dans l’ordre qu’ils souhaitent. Les cas sont traités dans l’analyse par ordre chronologique d’apparition dans le débat.

Encadré 3

So : Y a celle parce que l’obstacle là on voit les détails et normalement on doit jamais voir les détails. Normalement on voit pas les détails…

ENS : Je crois qu’on est tous d’accord. On avait vu ça la première fois quand on était allé à l’extérieur, on peut pas voir les boutons des chemises, on peut pas voir les yeux sur une ombre, c’est impossible. D’accord ? Donc SO ; Tu as raison, merci So.

43Le cas 1 (Lampe L1 et Ombre O1) ne pose pas de difficulté pour être identifié comme impossible. La validation se fait collectivement (élèves et enseignante) en référence à la situation déclenchante vécue par les élèves en début de séquence : observer son ombre dans la cour et la dessiner. Ici les connaissances de référence jouent en plein leur rôle de pourvoyeur d’arguments recevables par le collectif qui a vécu la même première expérience avec ce savoir.

44Le cas 4 (Lampe L4 et Ombre O4) a été pensé comme possible par l’enseignante. Or, une imprécision au niveau du dessin lui-même va amener de la confusion et faire débat, conduisant l’enseignante à considérer une nécessité non travaillée précédemment en classe : l’ombre doit dessiner exactement les mêmes contours que l’obstacle.

45Les premières interactions (élève Is) amènent cependant à conclure à la possibilité de ce cas :

Encadré 4

Is : Cette ombre elle est possible.

ENS : On écoute. Chut.

Is : Parce que… Parce que cette source de lumière elle a… Elle fait cette ombre.

ENS : Pourquoi elle fait cette ombre cette source de lumière ?

Is : [L’élève suit le trajet qui relie la source lumineuse à l’ombre en passant par l’obstacle avec son doigt] Parce que cette source de lumière elle euh… elle euh… va sur l’obstacle et après ben ça fait exactement la même chose. Et puis, c’est tout aligné.

46Il est intéressant de noter ici qu’à aucun moment l’enseignante ne perçoit la nécessité de faire vérifier systématiquement l’alignement (ou le non-alignement) avec un instrument (une règle en l’occurrence) afin de permettre aux élèves d’établir des faits de manière scientifique. Il semble que sa préoccupation soit d’un autre ordre : amener les élèves à remobiliser la règle des conditions de production d’une ombre. Tout se passe comme si, en fin de séquence, on observait une déconnexion entre les savoirs liés à la démarche scientifique et les autres savoirs composant la structure disciplinaire comme les savoirs notionnels (Perron, 2018). Pour autant, il pourrait s’agir, chez cette enseignante, d’un véritable choix, celui d’une hiérarchisation des enjeux qui priorise l’expression des conditions de production d’une ombre sur la vérification expérimentale des propositions.

47Toutefois, pour aider l’élève Is à faire usage du lexique et exercer son raisonnement pour produire des arguments, l’enseignante va guider son attention sur le trajet de la lumière entre la source et l’ombre. Elle incite l’élève Is à passer du registre factuel et empirique (telle source a produit telle ombre) au registre théorique (nécessité d’alignement source-obstacle-écran), en le contraignant à argumenter. On voit ici que sa posture se situe entre l’accompagnement et l’analyse en appui sur la formulation initiale de l’élève. Cette posture va néanmoins suffire pour remobiliser le savoir dont le schéma OPI se fait l’écho. Pour nous, ce caractère « suffisant » à ce moment de la séance est en grande partie lié à l’existence des connaissances de référence construites préalablement dans l’expérience. Le terme « aligné » proposé par l’élève fait écho à ces connaissances qu’il est alors capable de remobiliser « presque » de son propre mouvement.

48Le cas 3 (Lampe L3 éteinte) n’amène aucune difficulté pour les élèves qui ne peinent pas à argumenter : une ombre nécessite une source lumineuse. Ce cas est cependant l’occasion pour l’enseignante de rappeler que la production d’une ombre répond à un ensemble de conditions et pas seulement à une seule. Cette remobilisation des conditions de formation de l’ombre, même si elle fait implicitement référence aux expériences vécues et relève des connaissances de référence, participe fortement à la structuration des connaissances. En effet, l’enseignante force les élèves à développer leur argumentation pour que se formalise de manière explicite la formation d’une ombre comme un système de nécessités.

Encadré 5

ENS : La source de lumière n’est pas allumée. Effectivement pour qu’il y ait une ombre pour qu’une ombre se forme il faut quoi ?

49Concernant l’usage du lexique scientifique, l’enseignante utilise une formulation (la source de lumière n’est pas allumée) qui n’est pas compatible avec la notion de source de lumière et qui pourrait de fait, créer des confusions et des malentendus chez certains élèves. Nous sommes typiquement sur un changement de registre superficiel. Pour autant, à l’école primaire, ces formulations hybrides qui associent des éléments du langage scientifique et des éléments du langage courant ne pourraient-elles pas représenter une sorte d’interface entre le registre empirique et le registre des théories et des modèles qui permettrait aux élèves (et parfois à l’enseignant également) de passer progressivement de l’un à l’autre ? Ces niveaux de formulation hybrides et intermédiaires sont alors possiblement liés à la mobilisation en situation des éléments de connaissances de référence.

50Le cas 2 (Lampe L2), en revanche, va susciter du débat. Ici l’éclairage de l’obstacle par la source ne donne pas lieu à une ombre. Celle qui serait candidate (O1) ne se trouve pas exactement dans l’alignement et de plus, il s’agit d’une ombre qui avait été rejetée dans les interactions précédentes car on voit trop de détails (cas 1). La situation a été conçue par l’enseignante pour créer du doute : le milieu est suffisamment contraint pour que les élèves soient obligés de mobiliser la règle de l’alignement source-obstacle-écran, comme argument. Là encore, par le choix de la situation, l’enseignante va guider l’attention des élèves sur l’aspect essentiel, l’alignement.

51L’élève I va produire l’erreur attendue (Cette lampe elle est juste parce qu’elle va avec l’ombre avec les détails) mais quand l’enseignante lui demande de justifier sa réponse, il persiste dans son interprétation du schéma : il voit un alignement là où il n’y en a pas vraiment. C’est là un cas fréquent dans les situations d’observation-interprétation où certains élèves disent observer ce qu’ils désirent voir et non pas ce qui est montré. L’élève I aura d’autant plus de mal à se départir de son erreur qu’aucune vérification expérimentale ne lui sera proposée.

Encadré 6

T : [T se lève et montre une ombre dessinée sur l’affiche] Ben celle-là elle est pas possible parce que c’est pas aligné, sinon l’ombre elle serait là.

ENS : Donc toi tu dis, celle-là elle est pas possible parce qu’elle est pas…

T : Alignée.

ENS : Qui est d’accord avec T ?

ÉS : [Quelques élèves lèvent la main]

ENS : Ceux qui ne sont pas d’accord vous avez une explication à me donner ou euh… Vous êtes juste pas d’accord parce que vous êtes pas d’accord.

I : Moi j’ai une explication.

ENS : Explication ?

I : Cette lampe elle est juste parce qu’elle va avec l’ombre avec les détails.

ENS : Elle est juste ou elle est fausse ?

I : Elle est juste.

ENS : Pourquoi ?

I : Parce que la lumière est avec la dernière source de lumière.

ENS : C’est quoi la dernière source ? Viens nous montrer parce que là c’est pas clair.

I : [I se lève et vient montrer sur l’affiche] C’est ici, ça c’est juste parce que ça donne ici [montre l’alignement des objets avec son doigt].

ÉS : C’est pas aligné. C’est pas en ligne.

EL : En fait, y en a aucune qu’est possible.

52L’analyse des trois derniers tours de parole montre que, pour cette enseignante débutante, la validation ou l’invalidation des propositions individuelles se fait par la formulation de la réponse attendue par une majorité d’élèves (la règle de l’alignement). La production d’argument ne semble plus nécessitée par des visées scientifiques mais plutôt pilotée par le besoin de faire formuler la règle dans un souci de structuration-institutionnalisation des connaissances coconstruites précédemment.

53Pour autant, un élément intéressant – qui tient malgré tout aux conditions de possibilité du débat – est justement ici le travail à partir d’un schéma discuté en collectif. Quand les élèves n’ont pas (plus) les mots pour dire, alors il est toujours possible de montrer et de se faire comprendre par le groupe. Le temps didactique peut continuer à avancer et l’élève qui maîtrise mal le langage (scientifique) n’est pas exclu de la communication didactique.

54L’exploration par les élèves de ce cas n° 2 correspond à une véritable bascule dans la topogénèse. C’est la classe, et non pas l’enseignante, qui va mobiliser la règle de l’alignement en se plaçant non plus dans le registre empirique des expériences passées mais dans le registre théorique de la généralisation (c’est pas en ligne). La classe prend la responsabilité de la validation de l’argumentation, même si cette validation se fait en l’absence de vérification expérimentale (« ça se voit » que ce n’est pas aligné). Ce qui nous importe c’est de comprendre les conditions d’émergence de ce phénomène de bascule topogénétique. Le contrat trouve ici dans le milieu sa forme d’expression.

Encadré 7

El : En fait, y en a aucune qu’est possible.

ENS : Donc en fait est-ce que ces ombres… Est-ce qu’il y en a une qu’est possible ?

ÉS : Non. Euh… Non.

ENS : Aucune n’est possible ?
Ben moi je tiens à vous féliciter… Parce que c’est vrai, aucune n’est possible. [L’enseignant montre au fur et à mesure sur le dessin]
C’est vrai que là il a les mains dans la poche et là il avait les bras, les mains un petit peu écartées. (CAS 4)
Là, c’est pas aligné, vous étiez complètement justes. (CAS 2)

Celle-là n’était pas allumée, bien vu. (CAS 3)
Là, jamais on voit les détails et vous l’avez bien dit. (CAS 1)

55Il est également remarquable, dans les dernières interactions de l’épisode, de voir que les élèves reprennent à leur compte la conclusion qui s’impose : en fait y’en a aucune qui est possible. L’enseignante peut alors procéder à l’institutionnalisation en récapitulant chacun des cas et en concluant à leur impossibilité.

56Enfin, l’enseignante attire, sans le signifier explicitement, l’attention des élèves sur un autre cas qui n’a pas été repéré, le cas 6, où il manque la source :

« Donc je suis fière de vous, vous avez bien répondu, je pense que vous avez bien compris. Est-ce que pour quelqu’un, y a encore une petite zone… une petite zone d’ombre ? Est-ce que pour quelqu’un d’entre vous, c’est pas clair ? Oui ? »

57Afin de poursuivre son intention d’institutionnalisation, elle développe une posture d’analyse avec une réticence didactique modérée qui conduit à dévoluer le problème aux élèves :« Si je vous disais… Il faudrait la mettre où cette source de lumière… pour qu’elle soit là cette ombre ? ». Son guidage de l’attention des élèves sur la position de la source (devant ou derrière) et l’obligation de justification qui relève du contrat didactique, conduisent les élèves à remobiliser encore une fois la règle de l’alignement et surtout à construire la relation entre la position de la source de lumière et l’ombre portée : l’ombre peut potentiellement se former des deux côtés de l’obstacle. Ce qui vient déstabiliser une conception initiale récurrente comme quoi l’ombre serait toujours « derrière » (ce que laisse apparaître la première réponse des élèves).

Encadré 8

L : Y a aussi derrière le bonhomme, c’est encore une ombre, elle est fausse.

ENS : Elle est fausse, pourquoi ?

L : Parce que y a pas de source de lumière.

ENS : Parce que y a pas de source de lumière. Qui est d’accord ?
Si je vous disais… Il faudrait la mettre où cette source de lumière… pour qu’elle soit là cette ombre ?

M : Moi je sais. Il faudrait la mettre euh… à celle qui est en face.

ENS : Là ? [En montrant sur l’affiche l’opposé de la lampe L3]

M : Oui.

ENS : Et du coup, on a vu l’ombre, elle se forme où en fait ? Elle se forme devant le personnage ? Ou derrière ?

És : Derrière.

ENS : Là elle s’est formée devant ou derrière celle-là [l’enseignante montre les deux ombres 5a et 5b] ? Pourquoi vous avez dit derrière ?

El : Elle se forme des deux côtés, mais ça dépend où est la source de lumière.

ENS : Ça dépend où est la source de lumière. Le plus important c’est qu’elle est alignée... La source de lumière, l’objet et l’écran vont être alignés.

ENS : Je vous remercie, j’aimerais que vous retourniez à votre place s’il vous plaît.

58Il est à noter que le cas 5 n’a pas été évoqué par les élèves et sera brièvement repris par l’enseignante (« Là elle s’est formée devant ou derrière celle-là ? Pourquoi vous avez dit derrière ? »), probablement au regard de la contrainte temporelle car la fin de la séance est proche et l’enseignante souhaite faire réaliser aux élèves une fiche-bilan.

59En résumé, ce temps 2 de l’analyse permet de mettre au jour un phénomène de bascule progressive de la topogénèse entre l’enseignante et les élèves. Cette bascule s’articule à une mobilisation différenciée du registre empirique et du registre des modèles. Dans le cas 1, les élèves s’appuient sur le registre empirique (l’ombre ne permet pas de distinguer les détails du personnage), puis dans le cas 4, c’est le registre des théories et des modèles qui est convoqué à l’initiative de l’enseignante en posture d’analyse (« pourquoi elle fait cette ombre cette source de lumière ? »), ce qui sollicite la règle de l’alignement source-obstacle. Enfin, dans le cas 2, le registre des modèles est convoqué cette fois-ci à l’initiative des élèves (« c’est pas aligné ») et l’enseignante est en posture basse d’accompagnement. Dans chacun de ces cas, des connaissances de référence ont été mobilisées pour justifier les réponses et produire ainsi des arguments recevables par tous.

60Pour finir, nous voudrions nous arrêter sur le fait que lorsque les élèves mobilisent des connaissances de référence pour produire des arguments relatifs à la possibilité ou à l’impossibilité de la production d’ombre, cette mobilisation peut s’accompagner d’une mise en tension du registre empirique avec celui des théories et des modèles. Cette observation nécessite de faire la différence entre les arguments de type empirique et les raisons qui les sous-tendent ; ces raisons pouvant plus facilement relever d’un registre théorique. Par exemple, comme cela a été observé dans le cas 4 puis dans le cas 2, un élève peut sélectionner trois endroits dans chacun des objets (source, objet, écran/support). Cette opération de sélection relève du registre empirique mais s’il a fait cette sélection, il met en œuvre la nécessité de l’alignement, ce qui relève bien du registre des théories et des modèles.

4. Discussion

4.1. Connaissances de référence et production d’arguments

61Il apparaît dans cette étude que les premières conditions de l’opérationnalité des connaissances de référence en classe sont leur diversité et leur dimension collective. Disposer d’un capital d’expériences partagées et de premières connaissances sur le phénomène étudié permet aux élèves de disposer d’éléments fondés et non discutables pour construire les argumentations nécessaires pour valider ou invalider chacun des cas présentés dans l’affiche OPI.

62Il nous semble que la notion de double renoncement développée par Bisault et Rebiffé (2011) qui considère trois types de rapport aux objets (quotidien, scolaire ou d’investigation scientifique) pourrait rendre compte de l’hétérogénéité des éléments constitutifs des connaissances de référence et de leur relation avec le type de tâche qui les détermine. L’étude montre en effet que la construction de ces connaissances passe par l’évolution du statut des objets matériels du milieu. Accompagner par des questionnements adaptés et/ou des tâches adéquates, le passage d’un objet quotidien (le Playmobil) à un objet scolaire (le Playmobil, élément d’une activité en sciences) puis à un objet d’investigation scientifique (l’obstacle dans le phénomène de production d’une ombre) et enfin à une modélisation (la propagation de la lumière en ligne droite) permet au professeur de guider progressivement l’attention des élèves vers des aspects essentiels à l’apprentissage de la notion en jeu. Les connaissances de référence, en tant que connaissances partagées, issue de l’expérience vécue, se (re)construisent ainsi dans le passage de l’objet quotidien à l’objet d’investigation scientifique. Toutefois, dans ce cas, l’accès à l’étape de modélisation est compromis. En effet, pour interpréter scientifiquement l’ombre il faut pouvoir mobiliser également la deuxième composante théorique : l’opacité de l’obstacle ; ce qui n’est pas le cas ici.

63Au départ de cette étude, une préoccupation forte des étudiants-stagiaires était l’apprentissage par les élèves d’un lexique scientifique. La mise en mots des éléments factuels du registre empirique dans la situation de production d’arguments sur les possibles semble favoriser la mobilisation de connaissances nouvelles en situation. Nous rejoignons ici les travaux de l’équipe de Bordeaux sur le rôle du langage dans les apprentissages scientifiques (Lhoste et al., 2011 ; Lhoste, 2017 ; Grancher, Schneeberger & Lhoste, 2015).

64Ainsi, le schéma sur lequel on parle et agit (qu’on le modifie ou qu’on en désigne des aspects) permet la mise en scène du référent empirique, dans la mesure où il cristallise la mémoire des expériences passées tout en en conservant les aspects essentiels du phénomène en jeu. Dans cette étude, on voit en quoi l’affiche OPI, en remobilisant ces connaissances de référence, permet la construction d’arguments collectivement admis capables de conclure à la possibilité ou à l’impossibilité des cas soumis aux élèves.

65Dans ce travail, nous pensons avoir contribué à enrichir la question de la construction des connaissances de référence (Morge, 2016). En effet, au regard des résultats de notre étude, cette construction résulterait de l’action collective de la classe sur des objets matériels, langagiers ou iconographiques-conceptuels dans le cadre de l’étude d’un phénomène scientifique, selon différents procédés (expérience directe et production d’artéfacts, observation d’effets, évocation d’expériences vécues, interprétation de phénomènes, représentations schématisées) dans le but de produire des connaissances plus ou moins denses d’un point de vue épistémique et ce, en fonction du moment de l’enquête scientifique. Ces connaissances de référence vont progressivement s’articuler entre elles au fur et à mesure qu’évolue le statut des objets du milieu (de l’objet quotidien à l’objet d’investigation scientifique) pour produire des premières règles, comme autant de premiers modèles explicatifs du phénomène qui devront être mis à l’épreuve pour validation.

66En fait, les conditions de la production d’effet d’argumentation semblent nécessiter deux conditions : la première étant la co-construction des connaissances de référence (au travers d’un processus de dévolution du rapport aux objets du milieu), la seconde, qui apparaît dans les analyses, étant la mise en tension du registre empirique avec celui des théories et des modèles.

4.2. Pertinence de l’articulation de cadres théoriques au regard des intelligibilités produites

67Articuler à des fins d’analyse des transactions didactiques, des notions issues de la TACD (dialectique contrat-milieu et configurations topogénétiques) avec des notions issues de la didactique des sciences (statut des objets, registres empirique/registre des modèles) ne va pas de soi. Pour autant, l’arrière-plan commun qui semble se dégager entre la TACD et les approches en didactique des sciences mobilisées ici (Bisault & Rebiffé, 2011 ; Lhoste, 2017), relève pour l’instant plus d’une préoccupation relative au rôle du langage dans les apprentissages (scientifiques) que de considérations épistémologiques communes pour lesquelles la dimension « commune » reste à construire ou tout au moins à investiguer. Toutefois, le processus de construction de significations partagées au travers de l’analyse des interactions verbales/transactions didactiques nous semble être une entrée féconde pour explorer la mise en synergie de notions issues de cadres didactiques différents. Notre tentative en est un exemple mais d’autres travaux se sont également emparés de cette question (Santini & Crépin-Obert, 2015) et ont montré la fécondité d’une telle orientation.

68Il semble, au final, plus complexe de faire dialoguer ensemble différentes approches en didactique des sciences ; nous l’avons vu ici avec la notion d’argumentation, de registre et de modèle. C’est pourquoi, en termes de recherche, et selon une approche comparatiste, il nous paraîtrait utile de travailler plus avant la question de l’argumentation en classe de sciences du double point de vue de l’apprentissage par problématisation et du rôle des connaissances de référence. En effet, dans la schématisation de la dynamique de problématisation (Lhoste, 2017), deux dédoublements sont à considérer. Le premier (qui nous a concerné ici) est un dédoublement entre les faits et les idées et il se donne à voir dans l’articulation entre les deux registres (empirique et des modèles). Le second est un dédoublement entre le domaine du possible et celui du nécessaire et se donne à voir dans l’identification des contraintes et des nécessités, qui peuvent par ailleurs appartenir aux deux registres. Dans la présentation de l’espace des contraintes et nécessités (Lhoste, 2008), les connaissances de référence, nécessaires à la production d’explications possibles, telles que nous les avons appréhendées dans cette étude, ne sont pas uniquement issues du registre empirique mais peuvent relever d’a priori théoriques partagés et non discutés appartenant de fait au registre des modèles et que Lhoste (2017) appelle des contraintes théoriques. Ces distinctions sémantiques et conceptuelles mériteraient une étude approfondie.

69Si l’on revient maintenant sur notre objet de recherche (la mise en relation des conditions didactiques de production et de mobilisation des connaissances de référence avec la production d’arguments sur les possibles par les élèves lors d’un moment de débat), nous pouvons dire que notre cadre d’analyse composite nous a permis de cerner certaines de ces conditions, mais aussi de percevoir les limites de certains choix didactiques qui ne favorisent pas forcément la construction de propositions argumentées chez les élèves ou, a minima, d’effets d’argumentation.

70D’une certaine manière, le focus sur l’analyse des transactions didactiques avec les outils de la TACD nous a permis, grâce à la mobilisation des notions d’équilibration didactique contrat-milieu et de configuration topogénétique de mettre au jour les conditions qui vont permettre ou empêcher l’activité scientifique des élèves en termes de production d’arguments. Nous pouvons alors résumer les conditions génériques et spécifiques qui semblent émerger de ce travail et spécifier les outils (ou mise en synergie d’outils) qui ont permis de les mettre au jour.

71Parmi les conditions spécifiques requises, il en est une qui est déterminante : la construction progressive des connaissances de référence sur la base de tâches-élèves qui, par leur nature et leurs enjeux didactiques, contribuent progressivement à faire évoluer le statut des objets du milieu (Bisault & Rebiffé, 2011) et à permettre ainsi aux élèves de construire un rapport adéquat avec le savoir en jeu (de l’ombre dans la cour à dessiner à la règle de l’alignement source-obstacle opaque-écran). Une autre condition est la capacité des élèves à mobiliser, en situation de débat, certains éléments des connaissances de référence. Mais pour autant, cette deuxième condition se révèle fortement dépendante de conditions plus génériques à l’enseignement-apprentissage identifiées grâce à la mobilisation des outils de la TACD. Le milieu (l’affiche OPI) doit orienter suffisamment l’attention des élèves vers les aspects essentiels du savoir en jeu (la règle de l’alignement) de manière à ce que le contrat didactique (produire des arguments en appui sur les connaissances coconstruites) puisse être rempli. Pour autant, cette condition ne suffit pas. Les élèves doivent également pouvoir participer pleinement à la validation des propositions individuelles, ce que nous observons au travers du phénomène de bascule topogénétique.

72Mais c’est l’analyse de l’activité scientifique effective des élèves (en termes de stratégies de productions d’arguments) qui permet, en mobilisant cette fois des outils plus spécifiques à la didactique des sciences, d’avancer d’un pas et de poser d’autres conditions. En effet, si l’on s’intéresse maintenant à la nature de l’activité scientifique des élèves lors du moment de débat en tant qu’articulation d’activités langagières relevant de l’argumentation avec des activités expérimentales (Bisault, 2005), nous avons pu observer à ce moment une certaine déconnexion entre les activités expérimentales de vérification et les activités langagières d’argumentation portant sur l’usage de la règle de l’alignement. Il semble que la condition de simple mémorisation d’expériences passées et d’éléments des connaissances de référence ne puisse suffire à une véritable production d’arguments fondée en raison. Ce qui explique les effets d’argumentation assez faibles et somme toute assez peu diversifiés produits par les élèves (essentiellement la mobilisation de la règle d’alignement). Néanmoins, nous avons pu observer une modalité de raisonnement qui dénote une évolution vers une forme de pensée scientifique : la sélection par les élèves d’objets appartenant au registre empirique, sous-tendue par la nécessité de l’alignement (registre théorique). Ainsi l’accès à un mode de pensée scientifique passe par la possibilité de mise en tension des registres empiriques et théoriques ; les éléments de connaissance de référence qui vont servir à construire ces arguments pouvant eux-mêmes relever du registre empirique, comme du registre théorique.

5. Conclusion

73Il est important de se rappeler qu’à l’origine de cette étude, une des préoccupations des étudiants-stagiaires tenait à la posture de l’enseignant lors du débat scientifique. Si d’un point de vue générique, nous avons pu relever une diversification des postures entre la posture d’analyse et la posture d’accompagnement, la question se pose d’un point de vue plus spécifique. En effet, au regard de la nature apodictique des savoirs scientifiques et de la fonction du débat scientifique en classe (établir des connaissances sous forme de propositions fondées en raison sur la base de la mise en tension possible de connaissances empiriques et théoriques), l’enseignant en sciences doit pouvoir prendre appui sur des éléments qui joueraient en quelque sorte le rôle de balise pour qu’il puisse maintenir l’attention des élèves sur les aspects essentiels du savoir en jeu.

74Il nous apparaît, au travers de cette étude, que la construction et la mobilisation des connaissances de référence, aux conditions que nous avons énoncées, est un des recours utiles à la conduite d’un débat scientifique. En effet, d’un point de vue didactique, elles représentent l’arrière-plan commun qui permet de construire progressivement des significations partagées en amenant les élèves à participer pleinement à la validation et l’enseignant à s’en tenir aux aspects essentiels du savoir en jeu. D’une certaine manière, ces connaissances – à identifier en amont par l’enseignant – pourraient contribuer à réduire les craintes des professeurs sur les dérives possibles des débats scientifiques quand ils finissent par se confondre avec des débats d’opinion.

75En ouverture, cet ensemble de conditions dégagées pourrait tout à fait faire l’objet de contenus de formation par rapport aux questions récurrentes que se posent les enseignants novices, comme expérimentés, sur la gestion du débat argumentatif et l’usage en situation du lexique scientifique.

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Annexe

Annexe 1

Présentation de la séquence planifiée par le groupe collaboratif- Tâches et objectifs sous-jacents

TÂCHES ÉLÈVES OBJECTIFS SOUS-JACENTS
SÉANCE 1 TÂCHE 0a : chaque élève dessine à la craie les contours de l’ombre d’un camarade dans la cour.
TÂCHE 0b : mise en commun pour établir les premières caractéristiques de l’ombre portée.
Situation d’entrée dans la thématique à partir d’observations factuelles dont la récurrence va permettre l’établissement des premières caractéristiques de l’ombre portée et de ses conditions d’apparition. Il s’agit de s’attacher à la construction d’un lexique commun pour nommer les éléments du phénomène.
SÉANCE 2 TÂCHE 1 : la classe définit collectivement les conditions de la formation d’une ombre à partir de l’analyse d’une situation-problème : « pourquoi dans un des cas, on ne voit pas apparaître l’ombre sur l’écran » présentée sous forme de schéma. Objectif 1 : remobiliser les connaissances des élèves (séance précédente) en les amenant à expliciter les conditions de la formation d’une ombre (alignement de la source et de l’obstacle), et d’y associer l’idée d’objet non-transparent (objet opaque) qui empêche la propagation de la lumière.
Objectif 2 : introduire les 2 questions qui vont mobiliser les élèves par la suite : Comment changer la forme de l’ombre sans déplacer la source de lumière ? Et si vous aviez plusieurs sources de lumières, que se passerait-il ?
SÉANCE 3 Rappel de la tâche 1
TÂCHE 2 : Les élèves, en binôme, étudient l’influence de la distance de la source à l’obstacle sur la forme de l’ombre (expérience 1). Ils répondent à la question : « comment changer la forme de l’ombre du personnage sans faire bouger la lampe ? ». Un schéma est demandé aux élèves pour rendre compte de leur expérience en utilisant le lexique scientifique. Amener les élèves à approfondir la compréhension du phénomène de formation d’une ombre en travaillant la relation entre taille de l’ombre et place de l’ombre par rapport à celle de la source lumineuse et de l’obstacle.
TÂCHE 3 : Les élèves, en binôme, étudient l’influence de la source (nombre et orientation) sur la formation des ombres. Ils réalisent l’expérience 2 (un Playmobil et deux lampes) et répondent à la question : « que se passe-t-il si tu éclaires ton personnage avec plusieurs lampes de poche ? ». Un schéma est demandé aux élèves pour rendre compte de leur expérience en utilisant le lexique scientifique. Amener les élèves à identifier la correspondance entre le nombre de sources lumineuses et le nombre d’ombres.
TÂCHE 4 : Les élèves, en collectif, sont confrontés à une situation-problème sous forme d’affiche : parmi les ombres représentées et les sources de lumière associées, certaines sont possibles et d’autres non. Amener les élèves à mobiliser le référent empirique pour coconstruire un modèle en structurant les connaissances autour d’une situation-problème (affiche OPI) se terminant par une institutionnalisation. Ils doivent produire des arguments fondés en raison, en appui sur les connaissances développées dans les tâches précédentes.
TÂCHE 5 : chaque élève réalise une fiche-bilan dans laquelle il s’agit de relier chaque source de lumière à l’ombre correspondante. Amener chaque élève à réinvestir les connaissances préalablement construites. Cette fiche-bilan joue le rôle d’une évaluation diagnostique pour l’enseignante.

Annexe 2

Extrait du synopsis de la séance 3

Time code PHASE SCÈNE ÉPISODE
9 h 14 6. Débat et structuration des connaissances (Tâche 4) Scène 6.1 Organisation de la classe
Tous les élèves sont devant le tableau. L’enseignante (ENS) réorganise l’installation pour que tous les élèves puissent voir le schéma.
Scène 6.2 Remobilisation des connaissances ENS demande aux élèves de justifier leur réponse en prenant appui sur les connaissances partagées préalablement coconstruites.
Scène 6.3 Débat autour du Schéma OPI (ombres possibles et impossibles) Un débat s’engage sur la possibilité de chacun des 6 cas de production d’ombre présenté dans le schéma OPI. Les élèves sont invités à passer au tableau pour éliminer les cas impossibles en justifiant leur choix. À 9 h 28 ENS clôt la séance. Épisode 6.3.1
Un élève explique pourquoi une des ombres est possible. Mais certains élèves ne sont pas d’accord avec lui car l’ombre ne correspond pas exactement à l’objet (les mains n’ont pas la même forme sur l’ombre et l’objet).
Épisode 6.3.2
Un élève propose un cas impossible comme “possible”. D’autres élèves tentent d’expliquer pourquoi ils ne sont pas d’accord.
Épisode 6.3.3
ENS revient sur un cas oublié dans le débat : l’ombre située du mauvais côté de l’obstacle et un élève explique où devrait dans ce cas se situer la source lumineuse.

 

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Notes

1 Programmes d’enseignement de l’école maternelle et élémentaire (arrêté du 18-2-2015 – Journal officiel [JO] du 12-3-2015 MENESR et arrêté du 9-11-2015 - JO du 24-11-2015 MENESR).

2 Plan d’étude romand (PER) Conférence intercantonale de l’Instruction publique (2012). Les plans d’études sont coordonnés par région linguistique (ici Suisse romande et Tessin).

3 L'étude présentée ici s’inscrit dans le cadre d'un projet interculturel qui a permis à une équipe composée de chercheurs en didactique des sciences et d'étudiants français et suisses se destinant au métier d'enseignant dans le premier degré de travailler en collaboration (Programme PEERS, supporté par Swissuniversities). Ce programme relève d’une intention de formation par la recherche.

4 Bien qu’il ne s’agisse pas tout à fait de « recueillir » les conceptions initiales mais plutôt de les produire ; ces dernières étant fortement liées à leurs conditions de production en classe (Orange & Ravachol-Orange, 2013).

5 Inscrits d’ailleurs dans un troisième registre (explicatif).

6 Le préfixe trans engage le chercheur didacticien à explorer ce qui est « transmis », en termes d’objets de savoir, tout autant que ce qui est « transformé », en termes de rapport aux objets du milieu de l’étude.

7 Pour faire vivre la dialectique du connu et de l'à-connaître, le professeur peut agir en disant/montrant certains aspects du problème (expression) et en taisant/cachant certains autres (réticence). C'est la dialectique de l'expression et de la réticence. Plus précisément, on pourrait dire que toute expression du professeur comporte une réticence, que toute réticence suppose une expression (Sensevy & Vigot, 2016, p. 86).

8 À la différence de la notion d’activité qui rend compte de la manière dont l’élève s’est engagé dans la tâche et l’a possiblement réorganisée pour se l’approprier. Cette activité effective peut ou non donner lieu aux apprentissages attendus.

9 Au sein du synopsis, le niveau macroscopique correspond aux grandes phases identifiées dans la séance. Chaque phase est découpée en plusieurs scènes : c’est le niveau mésoscopique. Chaque scène correspond en règle générale à un changement d'activité ou d’objet de savoir en jeu ou encore à une évolution du statut de l’objet considéré (en fait, à un changement de contrat et/ou de milieu).

10 Dans la tâche 4 de la séance 3, les élèves sont confrontés collectivement à l’affiche OPI (parmi les ombres représentées et les sources de lumière associées, certaines ombres sont possibles et d’autres non). Cette tâche fera l’objet d’une analyse fine dans la partie suivante (temps 2 de l’analyse). Elle n’est donc pas mentionnée ici car elle n’est pas reliée à la construction du référent empirique, mais plutôt à sa mobilisation.

11 Un cas correspond à un certain agencement des éléments et des conditions nécessaires à la formation d’une ombre : une source lumineuse, un obstacle opaque, un écran et l’alignement source-obstacle-écran. Selon les cas, certains éléments sont absents ou tronqués et/ou certaines conditions ne sont pas présentes (notamment l’alignement des trois éléments). Cet ensemble de configurations (de cas) est décrite par l’enseignante comme une situation-problème.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : affiche collective des premières conditions de production d’une ombre
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3844/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 188k
Titre Fig. 2 : affiche-schéma de la situation-problème 1
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3844/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 122k
Titre Fig. 3 : les 6 cas de la situation-problème n° 2 (OPI)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/3844/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 204k
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Pour citer cet article

Référence papier

Corinne Marlot et Jean-Marie Boilevin, « Le rôle des connaissances de référence dans la gestion des phases de débat scientifique à l’école primaire en Suisse romande »RDST, 23 | 2021, 183-207.

Référence électronique

Corinne Marlot et Jean-Marie Boilevin, « Le rôle des connaissances de référence dans la gestion des phases de débat scientifique à l’école primaire en Suisse romande »RDST [En ligne], 23 | 2021, mis en ligne le 06 décembre 2021, consulté le 19 mai 2022. URL : http://journals.openedition.org/rdst/3844 ; DOI : https://doi.org/10.4000/rdst.3844

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Auteurs

Corinne Marlot

Haute École Pédagogique Vaud, Suisse

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Jean-Marie Boilevin

Univ Brest, Univ Rennes, CREAD

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Droits d’auteur

© Éditions de l’École normale supérieure de Lyon

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