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Dossier

Favoriser la problématisation d’élèves de cycle 4 sur la circulation sanguine à partir d’outils didactiques basés sur l’histoire des sciences

To promote the problematization of cycle 4 students on blood circulation using didactic tools based on the history of science
Maud Pelé et Patricia Crépin-Obert
p. 25-51

Résumés

S’inscrivant dans le cadre de la problématisation, cette recherche s’intéresse aux aides qu’une enseignante de cycle 4 a pu apporter à ses élèves lors d’une problématisation de la circulation sanguine. Les modèles des inducteurs de problématisation et des déterminants de problématisation sont mobilisés. À partir d’une double enquête didactique et historique, un dialogue basé sur des matériaux historiques a été reconstruit dans l’objectif de jouer le rôle d’inducteur à la problématisation des élèves. Il est accompagné d’outils didactiques visant à développer les déterminants de problématisation de l’enseignante. L’analyse des séances de classe montre que le développement de ces déterminants est une condition essentielle à la transformation d’un inducteur potentiel en un inducteur en acte dans la classe faisant levier à la problématisation des élèves.

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Texte intégral

Introduction : visée de la recherche

1Cette recherche a pour objet l’enseignement et l’apprentissage par problématisation de la circulation sanguine au collège via l’utilisation de matériaux historiques. En cycle 4, la circulation sanguine est envisagée comme fonction nutritive systémique reliant les différents organes associés à des fonctions du corps humain (digestion, assimilation, respiration, excrétion, etc.). Cette mise en système est complexe pour les élèves et nécessite des changements d’échelles : échelle microscopique avec la compréhension des échanges au niveau cellulaire mais aussi macroscopique avec la compréhension des relations anatomiques et des interactions physiologiques entre les différents organes impliqués. Une recherche préalable (Pelé, 2016) menée sur des séances de problématisation de la circulation sanguine à partir d’éléments historiques a montré des difficultés pour les enseignants à repérer les différents modèles explicatifs ainsi que les obstacles sous-jacents aussi bien chez leurs élèves que dans l’histoire des sciences. C’est à partir de ce constat que nous avons souhaité comprendre comment le développement de la culture didactique et épistémologique des enseignants sur le concept de la circulation sanguine pourrait être un levier pour accompagner plus efficacement la problématisation des élèves.

1. Cadres mobilisés et questions de recherche

1.1. Le cadre théorique de la problématisation et les pratiques enseignantes

1.1.1. Problématisation et travail sur les obstacles

2Cette recherche s’inscrit dans le cadre théorique de la problématisation développé par Fabre (1999) et Orange (2005). Le travail des élèves sur le problème des mouvements du sang nourricier dans l’organisme doit leur permettre la construction d’un savoir raisonné en établissant des nécessités. Cette mise en tension critique du savoir peut se définir selon trois composantes : la position du problème, la construction du problème et la résolution du problème (Fabre, 1999). La construction du problème est l’élément central d’une problématisation car elle permet aux élèves de développer des possibles, des impossibles, leurs conséquences et de dégager un savoir nécessaire (Orange, 2005). La mise en tension entre les faits et les modèles explicatifs donne toute son apodicticité au savoir scientifique qui s’oppose ainsi à une proposition assertorique non problématisée (Fabre & Orange, 1997). Lhoste et Peterfalvi (2009) croisent ces deux dédoublements, registre empirique et registre des modèles d’une part, assertorique et apodictique d’autre part, pour faire émerger les contraintes théoriques et les nécessités empiriques au sein des espaces de contraintes-nécessités. Ils définissent une nécessité comme « un construit nouveau sur la base d’un raisonnement actuel, alors qu’une contrainte serait un déjà-là convoqué dans un tel raisonnement » (p. 81).

3Selon Astolfi et Peterfalvi (1993) les obstacles « correspondent à ce qui fait vraiment résistance aux apprentissages et aux raisonnements scientifiques, tout en répondant de façon "confortable" aux besoins d’explication des enfants » (p. 108). Si la présence des obstacles peut empêcher le travail de problématisation (Fabre & Musquer, 2009a) notamment quand il donne à l’élève l’illusion de comprendre, la prise de conscience d’une non-cohérence entre un obstacle et d’autres éléments peut conduire les élèves à identifier un problème (Lhoste & Peterfalvi, 2009). Dans un contexte de débat, le travail des élèves sur l’obstacle peut en faire un levier pour positionner et construire le problème (Crépin-Obert, 2010).

1.1.2. Les aides à la problématisation

4Les pratiques enseignantes autour de la problématisation questionnent les aides que peut apporter l’enseignant pour permettre aux élèves de définir et de construire un problème scientifique. Elles sont envisagées ici sous l’angle de deux modélisations, les inducteurs et les déterminants de problématisation.

5Fabre et Musquer (2009a) définissent un inducteur de problématisation « comme un élément du milieu pédagogique et didactique visant à activer et à développer, chez l’élève, des schèmes lui permettant de construire de nouvelles connaissances en construisant et en résolvant des problèmes » (p. 125). Il s’agit donc d’aides bien spécifiques qui possèdent « une amorce » visible dans la classe comme des documents, consignes, expériences, interactions langagières (Musquer, 2018). Mais au-delà de son amorce, un inducteur pertinent doit répondre à plusieurs fonctions : une fonction cognitive, une fonction épistémique et une fonction argumentative (Fabre & Musquer, 2009b). Sa fonction cognitive correspond aux opérations mentales qu’il cherche à activer chez l’élève dans le processus de problématisation, sa fonction épistémique est en lien avec les savoirs travaillés et les obstacles rattachés et sa fonction argumentative est l’aide qu’il apporte aux élèves en leur permettant de proposer des arguments en vue de la preuve ou de la critique des solutions proposées (Musquer & Fabre, 2010). Il est important de distinguer inducteur potentiel et inducteur réel. L’inducteur potentiel correspond aux aides apportées par l’enseignant. Mais ce n’est pas par ce qu’il est présent que la problématisation des élèves sera effective (Fabre & Musquer, 2009a). Pour que l’inducteur devienne réel, il faut que l’enseignant conçoive un inducteur pertinent, qu’il l’apporte au bon moment et que les élèves soient capables de s’en emparer pour positionner, construire ou résoudre le problème travaillé. Si certains inducteurs sont prévus en amont, d’autres émergent lors de la problématisation notamment pendant des échanges langagiers entre élèves (ibid.). Lors des pratiques de débat, ces inducteurs émergents peuvent être difficiles à repérer par l’enseignant mais les prendre en compte doit permettre d’accompagner au mieux leur réflexion et les guider dans leur problématisation.

6Crépin-Obert (2017) définit les déterminants de la problématisation comme les « conditions favorables didactiques et pédagogiques pour que les élèves développent un raisonnement scientifique de construction de problème grâce à l’activité enseignante centrée sur une situation problème » (p. 88). Ces déterminants sont étudiés selon quatre pôles. Le pôle pédagogique vise à comprendre comment l’enseignant gère le débat à la fois de façon collective et individuelle. Le pôle psychologique cherche à identifier comme l’enseignant génère un climat dans la classe favorable à la prise de parole des élèves. Le pôle didactique cherche à comprendre comment l’enseignant aide les élèves à raisonner en s’appuyant sur leurs différents modèles explicatifs. Enfin le pôle épistémologique cherche à identifier comment les connaissances épistémologiques de l’enseignant influencent la transposition du savoir en jeu (ibid.). Les déterminants cherchent à expliciter les inducteurs de problématisation en identifiant « les causes essentielles et multiples à la problématisation des élèves, donc nécessaires mais non suffisantes prises chacune isolément » (ibid., p. 89). Ils ont pour objectif de comprendre les éléments du milieu didactique et pédagogique qui ont favorisé la conception d’inducteurs potentiels, le repérage des inducteurs émergents et leur transformation en inducteurs réels.

1.2. Questions de recherche

7Notre problématique générale vise à comprendre comment l’intégration de l’histoire des sciences sur la circulation sanguine a pu favoriser la problématisation d’élèves de cycle 4. Notre première question de recherche est la suivante : quels matériaux historiques peuvent jouer le rôle d’inducteur de problématisation de la circulation sanguine ? Il s’agit de rechercher dans l’histoire du concept de circulation sanguine, les éléments qui pourraient être des inducteurs potentiels à la problématisation des élèves et de concevoir un outil exploitable en classe. Par outil didactique nous entendons « tout élément mis au service d’un enseignement ou d’un apprentissage et qui participe à un dispositif dans lequel il joue un rôle précis » (Plane & Schneuwly, 2000, p. 4). Notre seconde question de recherche s’intéresse à la mise en œuvre de l’outil en classe : comment une enseignante a-t-elle utilisé les matériaux sélectionnés pour accompagner la problématisation des élèves ?

2. Méthodologie mise en œuvre : reconstruction didactique et analyse de la problématisation

2.1. Le cadre méthodologique de la reconstruction didactique

8De Hosson (2011) définit une reconstruction didactique comme « une séquence d’enseignement conçue sur la base d’informations historiques explicites et se donnant pour but l’apprentissage d’un concept ou d’une loi physique » (p. 34). La reconstruction didactique est basée sur deux enquêtes : une enquête didactique ayant pour but de repérer et d’analyser les difficultés et obstacles des élèves et une enquête historique correspondant à une analyse épistémologique de textes historiques. L’enquête historique est orientée par l’enquête didactique : elle n’est donc ni exhaustive, ni neutre et peut conduire à « des reconstructions différentes de celles proposées par les historiens des sciences » (ibid.). Cette dialectique épistémologique entre didactique et histoire des sciences a pour objectif d’identifier les matériaux historiques qui seraient les plus favorables pour développer une problématisation des élèves sur la circulation sanguine en travaillant les obstacles liés à la compréhension de ce concept.

2.2. La double enquête didactique et historique : l’identification d’un obstacle irrigateur analogue

9Nous présentons ici les principaux résultats de cette double enquête (Pelé & Crépin-Obert, 2021). Les obstacles sur la circulation sanguine sont bien documentés avec le non-endiguement du sang, le tuyau continu à paroi imperméable empêchant de penser des échanges entre le sang et les organes (Pautal, 2012). Le rôle de pompe du cœur est souvent reconnu par les élèves mais fréquemment associé à d’autres fonctions comme le nettoyage ou la fabrication du sang (Arnaudin & Mintzes, 1985). Enfin l’irrigation c’est-à-dire la conception d’un système ouvert (ou partiellement ouvert) sans retour du sang est fréquemment relevé (Arnaudin & Mintzes, 1985 ; Lhoste, 2006 ; Pautal, 2012). Ce dernier obstacle est renforcé par l’analogie fréquente entre irrigation sanguine et irrigation des cultures (Rumelhard, 1997). Or « la réalité du concept biologique de circulation présuppose l’abandon de la commodité du concept technique d’irrigation » (Canguilhem, 1985, p. 23). Lhoste (2006) lors d’un débat sur la nutrition a démontré l’importance d’établir l’impossibilité d’une irrigation et la nécessité d’un retour du sang au cœur pour passer d’un modèle irrigateur à un modèle circulateur du trajet du sang. Lors d’une première expérimentation avec quatre enseignants de classe de cinquième (Pelé, 2016), nous avons retrouvé l’obstacle irrigateur chez de nombreux élèves. À la suite de cette enquête exploratoire, une seconde étude a consisté à observer et analyser une nouvelle séance réalisée avec une des enseignantes. Des échanges langagiers plus importants entre élèves, des prises en compte de leurs modèles explicatifs majoritairement irrigateurs et un travail autour de différents matériaux (historiques, modèle analogique, etc.) ont favorisé une construction du problème par les élèves, notamment l’établissement de la nécessité d’un retour du sang au cœur.

10Bien que le trajet et les mouvements du cœur soient interrogés depuis l’Antiquité, il faut attendre le XVIIe siècle pour que Harvey (1519-1657), un médecin anglais, découvre la circulation sanguine avec un aller et un retour au cœur. Aristote (384-322 av. J.-C.) développe une analogie entre l’irrigation sanguine et l’irrigation des jardins (Aristote, 2002). Ce modèle irrigateur, éloigné des conceptions actuelles mais cohérent et fortement explicatif, marque durablement l’histoire du trajet et des mouvements du sang. Il devient même un obstacle important car comme le dit Canguilhem « irriguer le sol, c’est finalement se perdre dans le sol » (1985, p. 23). À partir de dissections et d’expérimentations, le médecin Galien (129-210 apr. J.-C.) démontre la présence de sang dans les artères. Il propose alors un double système de distribution du sang par les veines depuis le foie et par les artères depuis le cœur. Arrivés au niveau des organes ces deux sangs sont consommés et le sang veineux est « carnifié » (Galien, 1854). Le modèle irrigateur de Galien s’impose pendant de nombreux siècles et devient un dogme difficile à remettre en cause. Au Moyen-Orient, Ibn Al Nafis (1208-1288) démontre le passage du sang entre les deux ventricules par les poumons et non par des pores invisibles de la paroi interventriculaire. Servet (1511-1553) et Colombo (1515-1559) à peu près à la même époque vont eux aussi démontrer un passage par les poumons. Ibn Al Nafis, Colombo et Servet sont souvent présentés comme les découvreurs de la petite circulation mais c’est une vision erronée et anachronique en considérant le contexte de l’époque (Duchesneau, 1996). C’est une partie du sang seulement qui passe par les poumons et une fois qu’il est arrivé dans le ventricule gauche il est distribué aux organes qui le consommeraient : le modèle est donc toujours irrigateur. C’est en s’intéressant au problème de la nature et du rôle des battements du cœur (Bylebyl, 1973) et en s’appuyant sur de nombreuses observations et expériences mais aussi sur des raisonnements quantitatifs non usités à l’époque (Grmek, 1990) qu’Harvey dépasse l’obstacle de l’irrigation et propose le modèle de la circulation sanguine. Cette découverte fait naître une controverse importante entre les partisans d’Harvey, les circulateurs, et ses opposants, les irrigateurs. La découverte par Malpighi en 1661 des capillaires sanguins clôt le circuit entre les artères et les veines, et de fait la controverse. Le modèle de la circulation sanguine est alors validé par la communauté scientifique de l’époque.

11L’obstacle épistémologique de l’irrigation se retrouve à la fois dans l’histoire des sciences et chez les élèves. Par l’histoire de la construction du concept de circulation sanguine, la confrontation des modèles irrigateur et circulateur devrait permettre aux élèves de travailler l’obstacle de l’irrigation car il existe des convergences entre ce qui engage les élèves dans la construction de problèmes et ce qui fait obstacle à l’apprentissage (Triquet & Bruguière, 2014).

2.3. Un dialogue historique reconstruit, inducteur potentiel à la problématisation des élèves

12Pour concevoir cet outil, nous avons recherché dans le De motus cordis de Harvey (1628) les nécessités qu’il a pu construire pour valider son modèle de la circulation sanguine. C’est la prise en compte de la quantité de sang éjectée par le cœur qui conduit Harvey à imaginer que le sang doit circuler. Ce modèle novateur prend alors le statut de contrainte théorique car c’est le registre explicatif dans lequel il interroge des observations comme la disposition des valvules veineuses ou des expériences comme les ligatures des veines et des artères. Cette mise en tension entre son modèle explicatif circulateur et les contraintes empiriques le conduit à la nécessité d’un retour du sang au cœur. Nous avons pu également relever dans son ouvrage une nécessité empirique, la communication entre artère et veine. Ces communications étaient admises depuis Galien qui expliquait ainsi la présence de flux et reflux sanguins locaux au niveau des organes. Mais chez Harvey ces communications prennent un caractère de nécessité : le sang arrivant aux organes par les artères se refroidit et doit retourner au cœur par les veines pour se réchauffer. Et c’est une nécessité empirique car ces connexions prévues, imaginées, ont une matérialité même si Harvey ne sait pas laquelle. Cela « délimite ce que l’on doit rechercher lors d’un travail d’investigation » (Lhoste & Peterfalvi, 2009, p. 98). Cette nécessité empirique basculera dans le champ des contraintes empiriques quand les capillaires seront découverts par Malpighi. L’espace de contraintes-nécessités présenté dans la figure 1 synthétise les contraintes et nécessités développées par Harvey.

Fig. 1 : espace contraintes-nécessités de la problématisation de la circulation sanguine par William Harvey

Fig. 1 : espace contraintes-nécessités de la problématisation de la circulation sanguine par William Harvey

13Le registre explicatif mobilisé par Harvey est un registre circulateur. C’est bien dans le cadre de ce modèle ébauché qu’il analyse les faits et expériences et qu’il complète peu à peu sa théorie de la circulation.

14Cet espace contraintes-nécessités a guidé les choix effectués pour sélectionner les matériaux historiques qui nous semblaient favorables à la problématisation de la circulation sanguine par des élèves. L’outil conçu est un dialogue historique fictif s’appuyant sur la controverse entre Harvey le circulateur et Riolan l’irrigateur. Il est construit à partir de l’exégèse de quatre publications : De motus cordis (Harvey, 1628), Œuvres anatomiques (Riolan, 1628), les Deux dissertations anatomiques (Harvey, 1649) adressées à Riolan, et Manuel anatomique et pathologique (Riolan, 1661). En nous appuyant sur l’espace contraintes-nécessités, nous avons recherché les extraits qui permettent d’identifier les points de désaccord et les arguments apportés par les deux savants. Nous avons également choisi d’intégrer un troisième discutant, le médiateur, en nous référant aux trois rôles discursifs (Orange, Lhoste & Orange Ravachol, 2008) : le proposant, Harvey, défendant une thèse, l’opposant, Riolan, réfutant et proposant une autre thèse et le tiers prenant en charge la problématique. Le dialogue est organisé en cinq parties qui peuvent s’utiliser de façon indépendante. La première partie a pour but de positionner le problème, à savoir le trajet du sang dans l’organisme et les deux modèles explicatifs. La seconde partie montre le rejet du modèle irrigateur par le calcul réalisé par Harvey. Ces deux premières parties peuvent être propices à la construction du problème en faisant réfléchir les élèves aux conséquences qu’induisent les deux modèles proposés. La suite du dialogue présente des arguments permettant de résoudre le problème en apportant des nouvelles contraintes empiriques ou des nécessités à prendre en compte. Ce dialogue historique, tel qu’il a été reconstruit, est pour nous un inducteur potentiel robuste car il répond à la triple fonction d’un inducteur. Il possède une fonction cognitive car il est pensé pour aider les élèves à positionner, à construire et à résoudre le problème des mouvements du sang dans l’organisme. Basé sur une double enquête historico-didactique, il a une fonction épistémologique en visant le travail de l’obstacle irrigateur par les élèves. Enfin il possède également une fonction argumentative en permettant de faire réfléchir les élèves à leur propre modèle explicatif ou en apportant des arguments permettant ou non de le valider.

2.4. Des outils pour accompagner le dialogue : une visée de développement des déterminants de problématisation

15Pour accompagner la transformation du dialogue en classe en inducteur réel, nous avons conçu plusieurs outils pour l’enseignant afin de développer ses déterminants de problématisation (Crépin-Obert, 2017) notamment au niveau des pôles didactique et épistémologique. Le premier outil est une grille d’analyse des conceptions initiales des élèves sur la circulation sanguine pour aider les enseignants à repérer les différents modèles explicatifs des élèves et les obstacles sous-jacents. Elle s’accompagne de trois exemples prototypiques de conceptions initiales d’élèves : une conception irrigatrice, une conception circulatrice, une conception non endiguée. Le second outil est une présentation des attendus d’une problématisation scolaire. La place centrale de la construction du problème est rappelée ainsi que l’importance des échanges langagiers des élèves. Le rôle de l’enseignant comme accompagnateur de ces échanges en relançant la discussion, en aidant les élèves à verbaliser leur pensée, en pointant leurs incohérences et leurs oppositions est indiqué. Le troisième outil est une présentation des principales étapes de l’histoire du concept de la circulation sanguine en insistant sur les différents modèles explicatifs ayant eu cours et sur les difficultés rencontrées pour dépasser l’obstacle irrigateur.

2.5. La méthodologie de recueil et d’analyse des données

16Pour répondre à notre seconde question de recherche sur le rôle de ces outils dans l’accompagnement de la problématisation d’élèves sur la circulation sanguine, nous les avons présentés à une enseignante titulaire de première année dans un collège urbain de la région parisienne. Deux séances utilisant le dialogue dans une classe de quatrième ont été filmées et deux entretiens ont été menés : un entretien pré séance pour que l’enseignante explique les outils retenus et les raisons de ces choix et un entretien post-séance qui a permis de revenir sur l’exploitation des outils choisis. Notre corpus est constitué de la transcription des séances, des entretiens pré et post-séance menés avec l’enseignante, des productions réalisées par les élèves. Pour l’ensemble des analyses le codage des occurrences de l’enseignante est le suivant : P correspond aux interventions relevées en classe, E correspond aux entretiens avec Ea pour l’entretien pré séance et Eb pour l’entretien post-séance. Les numéros correspondent à la place de l’occurrence dans la séance.

17À partir de ce corpus, nous avons d’abord analysé la problématisation menée par la classe en recherchant les nécessités construites. Puis nous avons analysé l’accompagnement de la problématisation par l’enseignante en recherchant les inducteurs présents dans la séance. La modélisation de Fabre et Musquer (2009a) permet de positionner les différents inducteurs en lien avec les composants de la problématisation. Le losange de la problématisation (figure 2) résume les principaux inducteurs que l’on peut relever.

Fig. 2 : le losange de la problématisation (Fabre & Musquer, 2009a, p. 117)

Fig. 2 : le losange de la problématisation (Fabre & Musquer, 2009a, p. 117)

18Pour Fabre et Musquer « les données sont présentes dans la situation ou peuvent être rajoutées au fur et à mesure de l’apprentissage par les élèves ou l’enseignant. Elles ont un statut de contraintes. […] Les conditions concernent les critères, les principes, les concepts qui commandent le processus de problématisation. Ce sont des nécessités dont il faut absolument tenir compte dans la construction et dans la résolution du problème. » (ibid., p 113). Bien que ces auteurs privilégient le terme de données et de conditions dans un souci de clarté et en cohérence avec les autres outils de la problématisation utilisés, nous choisissons d’utiliser les termes de contraintes et de nécessités dans le reste de l’article, y compris lors de la modélisation des inducteurs. Les inducteurs de type a visent à cerner le problème vers sa position et sa construction en fonction des nécessités construites, et les inducteurs de type b visent à rechercher et catégoriser les contraintes. Les inducteurs de type c sont utilisés pour aider les élèves à structurer et articuler contraintes et nécessités. Les deux derniers types d’inducteurs aident les élèves à émettre et valider des hypothèses en fonction des nécessités (type d) ou des contraintes (type e) (ibid.). Lhoste, Peterfalvi et Schneeberger (2010) proposent d’ajouter deux autres types d’inducteurs à ce modèle : des inducteurs de type f ou inducteur de position de problème et des inducteurs de type g ou inducteur de production de solutions. Fabre et Musquer (2009a) proposent également d’orienter ces différents inducteurs : ils peuvent être de type 1 quand ils permettent d’interroger les solutions ou de type 2 quand ils permettent de revenir aux problèmes posés. À partir des transcriptions des séances réalisées, nous avons donc catégorisé les différents inducteurs repérés lors de l’accompagnement de la problématisation par l’enseignante et nous avons analysé leur transformation en inducteurs réels en classe. Enfin, à l’aide de la modélisation des déterminants de la problématisation (Crépin-Obert, 2017), nous avons recherché les conditions qui ont permis cette transformation des inducteurs en levier à la problématisation des élèves.

3. Mise en œuvre des outils conçus dans une classe de cycle 4

3.1. Scénario didactique intégrant le dialogue historique reconstruit

19La classe de quatrième observée est constituée de 24 élèves. Le tableau 1 présente les différents épisodes que nous avons pu relever au cours des deux séances.

Tableau 1 : épisodes repérés lors des deux séances observées

N° épisode
(occurrences)
Séance 1 S1
(55 minutes)
1
(1 à 12)
Rappel sur les besoins nutritifs des organes
Positionnement du problème : comment le sang transporte le dioxygène et les nutriments jusqu’aux organes ?
Présentation historique des idées sur le trajet du sang
Présentation de trois conceptions sélectionnées dans la classe
2
(13 à 205)
Débat des élèves mené par l’enseignante à partir des trois conceptions présentées
3
(206 à 218)
Formulation par l’enseignante des trois problèmes identifiés pendant le débat
Travail individuel des élèves sur la partie 2 du dialogue historique
4
(219 à 244)
Discussion collective sur les arguments pour répondre au problème 1 : pourquoi le sang ne pourrait-il pas aller du cœur vers les organes et être consommé par les organes ?
5
(245 à 282)
Travail individuel sur la partie 3 du dialogue historique
Discussion collective sur les arguments pour répondre au problème 2 : pourquoi le sang ne pourrait-il pas faire un aller-retour dans le même tuyau ?
N° épisode Séance 2 S2
(30 minutes)
6
(1 à 15)
Rappel du travail réalisé lors de la séance 1 et des arguments pour répondre au problème 1
7
(16 à 107)
Travail personnel des élèves sur le problème 2
Discussion sur les arguments pour répondre au problème 2
8
(108 à 147)
Lecture collective de la partie 5 du dialogue historique
Discussion sur les arguments pour répondre au problème 3 : comment le sang fait-il pour passer des artères aux veines au niveau des organes ?
9
(148 à 185)
Bilan de la séance.
Discussion sur la construction d’un savoir scientifique

En romain : activités enseignantes ; en italique : activités élèves ; souligné : outils didactiques et historiques.

20Les deux séances observées s’appuient sur l’analyse des conceptions initiales réalisée par l’enseignante à partir du recueil de leurs représentations réalisé la séance précédente. L’enseignante choisit d’en présenter trois à la classe (cf. figure 3).

Fig. 3 : représentations initiales sélectionnées par l’enseignante et présentées aux élèves pour susciter le débat

Fig. 3 : représentations initiales sélectionnées par l’enseignante et présentées aux élèves pour susciter le débat

21Étant directement issues du recueil de la classe, ce ne sont pas des caricatures au sens d’Orange et Orange Ravachol (2007) mais elles peuvent en être rapprochées car ce sont des exemples prototypiques des modèles explicatifs proposés par les élèves. La représentation A est un modèle irrigateur sans retour du sang au cœur, la représentation B est un modèle circulateur avec une continuité des vaisseaux sanguins au niveau des extrémités et un retour du sang dans des vaisseaux spécifiques. La représentation C correspond à un modèle aller-retour du sang dans le même vaisseau.

3.2. Analyse de la problématisation de la circulation sanguine menée par la classe

22La séance débute par l’établissement d’une contrainte théorique qui est admise par la classe : les organes reçoivent du sang le dioxygène et les nutriments dont ils ont besoin. Au-delà des besoins identifiés, un modèle explicatif de distribution d’un sang nourricier aux organes est ébauché. Les élèves vont réfléchir et développer une problématisation en s’appuyant sur cette contrainte théorique. Nous choisissions ici de faire un focus sur la construction par la classe de la nécessité d’un retour du sang au cœur, nécessité qui a permis l’invalidation du modèle irrigateur et la validation du modèle circulateur. Ces deux modèles explicatifs sont présentés aux élèves par l’intermédiaire des représentations A et B. Invité par l’enseignante à réagir sur ces modèles, un élève va immédiatement remettre en cause le modèle irrigateur en questionnant la quantité de sang qui peut s’accumuler dans un organe.

S1-14 Jibrill : je pense que c’est faux parce que si ça monte vers le crâne ben tu peux mourir
S1-15 P : alors tu penses que quoi est faux ?
S1-16 Jibrill : imaginons si je reste le crâne vers le bas comme ça pendant des heures et des heures le sang il est accumulé dans ma tête et du coup je meurs donc c’est fauxa
a. Dans toutes les transcriptions, les expressions en italique correspondent aux éléments pris en compte pour l’analyse.

23Si certains élèves vont dans le même sens, d’autres élèves évoquent la possibilité d’une consommation du sang par les organes.

S1-52 Esther : je pense que en fait le sang il ne revient pas / le sang il ne fait pas des allers et des heu
S1-53 P : tu penses qu’il ne fait pas d’aller-retour
S1-54 Esther : oui et je crois que quand il arrive dans la main il est consommé par les muscles

24Les échanges dans la classe montrent ainsi qu’aucun des deux modèles n’est validé a priori et qu’ils sont au contraire envisagés comme deux solutions possibles. Mais le problème du sang qui s’accumule dans l’organe est mentionné plusieurs fois par l’enseignante pour faire réfléchir les élèves aux conséquences que cela implique et c’est ainsi que, pour plusieurs élèves, le modèle irrigateur devient inconcevable, ils proposent alors la nécessité d’un tri entre ce qui reste et ce qui part de l’organe.

S1-135 Esther : donc en fait donc je crois en fait / le sang / quand il arrive dans la main bah en fait il est consommé par le muscle / je voulais redire ça parce que le les nutriments ça aident à faire grossir le muscle donc c’est impossible que les nutriments ils restent dans le dans le vaisseau sanguin
S1-163 Djuba : il prend tout ce qu’il a besoin / et après d’un autre côté ça ressort et là il y a tout ce qui ne sert à rien et tout ce qu’il veut rejeter
S1-205 Éloïse : et du coup ben ce qui y’a dedans en fait ça va ça va passer par là et du coup avec les pulsations ce qu’on a pas besoin ça va remonter et le sang va le renettoyer

25L’introduction de la partie 2 du dialogue historique (cf. annexe) conduit plusieurs élèves à mobiliser deux contraintes empiriques : la quantité de sang dans le corps et la masse de sang éjectée par le cœur par rapport à la masse du corps. C’est la mise en tension entre ces deux contraintes et le modèle irrigateur qui conduit ces élèves à expliciter l’impossibilité du modèle irrigateur.

S1-220 Adam : madame c’est faux vous savez pourquoi parce que dans le corps il y a 4 litres de sang
S1-226 Mehdi : et puis sinon le corps il serait trop lourd
S1-232 Inès : il ne pourrait pas car sinon les organes éclateraient
S1-234 Djuba : le sang il pourrait pas aller du cœur aux organes car y aurait un surplus de sang dans le cœur et dans tous les organes
S1-240 Adam : si c’était vrai et qu’on avait vraiment 112 kg de muscle heu non 112 kg de sang dans le corps les mains on serait obligé de se le vider / je sais pas en faisant un trou dans la main

26Nous avons schématisé dans la figure 4 l’ensemble des contraintes, des possibles, des impossibles et des nécessités mobilisés par les élèves qui les ont conduits à construire la nécessité d’un retour du sang au cœur et donc à valider le modèle circulateur. Dans cet espace les traits indiquent les liens logiques entre les différentes contraintes et nécessités mais ils sont non orientés, le registre empirique et le registre des modèles sont co-construits.

Fig. 4 : espace des contraintes, des possibles et des nécessités du sous-problème du devenir du sang arrivant aux organes

Fig. 4 : espace des contraintes, des possibles et des nécessités du sous-problème du devenir du sang arrivant aux organes

27Pour la dynamique de la problématisation, nous pouvons constater l’importance des aspects quantitatifs dans les contraintes empiriques mobilisées par la classe. Si certaines s’appuient sur le dialogue, la contrainte de la quantité de sang pouvant s’accumuler dans les organes a interpelé spontanément les élèves. Ces aspects quantitatifs qui sont centraux dans le raisonnement d’Harvey pour imaginer la circulation sanguine, le sont aussi chez les élèves pour invalider le modèle irrigateur et valider le modèle circulateur. Nous avons mené ce travail d’analyse sur l’ensemble des deux séances en prenant en compte les différents problèmes travaillés. Nous avons choisi de représenter le résultat de cette analyse par un espace contraintes-nécessités présenté dans la figure 5 qui permet de visualiser les nécessités retenues à la fin de la séance : il donne à voir le résultat de la problématisation menée par la classe.

Fig. 5 : espace contraintes-nécessités de la problématisation de la circulation sanguine menée par la classe

Fig. 5 : espace contraintes-nécessités de la problématisation de la circulation sanguine menée par la classe

28Les nécessités construites permettent d’aboutir à la compréhension suivante de la circulation sanguine, le sang circule dans l’organisme à sens unique dans un système clos. Le travail autour des deux problèmes, pourquoi le sang ne pourrait-il pas aller du cœur vers les organes et être consommé par les organes et pourquoi le sang ne pourrait-il pas faire un aller-retour dans le même tuyau, ont permis à la classe de dégager des impossibilités et de rejeter le modèle irrigateur ou le modèle aller-retour dans le même vaisseau. En sachant qu’il est nécessaire que le sang circule et qu’il est impossible que cela soit autrement, les élèves ont réellement construit le savoir apodictique de circulation du sang au sens scientifique, détaché du sens commun.

3.3. Analyse de l’accompagnement de la problématisation réalisé par l’enseignante

3.3.1. La modélisation des inducteurs : l’identification des leviers à la problématisation en acte dans la classe

29Notre seconde question de recherche visant à identifier l’aide apportée à la problématisation des élèves, nous nous sommes intéressées exclusivement aux inducteurs repérés chez l’enseignante. Dans un premier temps voyons les inducteurs potentiels prévus dans la situation qu’elle propose. Les trois représentations sélectionnées jouent le rôle d’inducteur de type g en proposant trois solutions qui sont mises en débat. Ce sont les discussions guidées par l’enseignante autour des trois représentations qu’elle a choisies qui ont permis peu à peu aux élèves d’invalider les modèles irrigateur et aller-retour et de valider le modèle circulateur. Il y a donc bien eu transformation de l’inducteur potentiel en inducteur réel en classe. Les différentes parties retenues du dialogue (cf. annexe) étaient également des inducteurs potentiels. La partie 3 du dialogue (cf. annexe) portant sur les résultats d’expériences de sections des vaisseaux apporte une nouvelle contrainte : le sang arrive dans les organes par les artères et repart dans les veines. L’enseignante demande aux élèves de déterminer cette nouvelle contrainte à partir du dialogue : « alors si on coupe une artère donc ça c’est une artère si je coupe une artère hop le sang va sortir de quel côté ? trouvez-moi l’info dans le texte oui Enora » (S2, occ. 33). Les élèves vont ainsi déterminer « le chemin qu’emprunte le sang » (Adam, S2, occ. 40) et après avoir identifié que « les veines elles servent à aller vers le cœur » (Yacine, S2, occ. 46), Djuba invalide le modèle aller-retour « le sang il peut pas faire un aller-retour dans heu dans la même dans le même tuyau » (S2, occ. 52). L’utilisation du dialogue historique par l’enseignante est ici un inducteur de type e1 qui, à partir de la nouvelle contrainte établie, permet d’invalider une des solutions initialement proposées. Là encore, l’inducteur potentiel a été transformé en inducteur réel. Autre inducteur prévu, le tableau des arguments (figure 6) apporté lors des discussions autour des trois problèmes identifiés permet à la classe d’identifier les contraintes et nécessités établies.

Fig. 6 : tableau des arguments identifiés collectivement par les élèves articulant contraintes et nécessités

Fig. 6 : tableau des arguments identifiés collectivement par les élèves articulant contraintes et nécessités

30Cet inducteur de type c a bien été transformé en classe en permettant aux élèves de garder la trace des raisons qui ont permis d’invalider les modèles irrigateur et aller-retour. Il participe ainsi à donner une valeur apodictique au modèle circulateur.

31Au cours des échanges langagiers, nous avons observé de nombreux inducteurs émergeant chez l’enseignante. Nous présentons dans le tableau 2 un exemple pour chaque grande catégorie d’inducteur et l’analyse que nous avons pu en faire pour mesurer leur transformation ou non.

Tableau 2 : exemple et analyse de quelques inducteurs émergeant lors des deux séances

Type et fonction de l’inducteur Occurrences enseignantes Analyse des inducteurs de l’enseignante et réactions d’élèves
Type a : rechercher des nécessités en fonction du problème (a1) ou interroger le problème en fonction d’une nécessité établie (a2) S1-154-P : ah ok donc Djuba lui il pense qu’il y a un tuyau qui emmène le sang à l’organe et tout ce qu’on n’a pas utilisé donc les globules blancs les globules rouges toi tu penses que ça passe par un autre tuyau / ok quel problème ça pose là si j’arrive par un tuyau et je repars par un autre tuyau ça vous pose pas un problème ? Adam Type a2 : Les élèves sont invités à formuler le problème qui est posé à partir de la nécessité préalablement établie (le sang repart des organes par un autre tuyau). Adam formulera à la suite le problème : « mais ils passent comment ? »
Type b : rechercher des contraintes en fonction du problème (b1) ou réinterroger le problème en fonction d’une contrainte identifiée (b2) S1-110-P : ça c’est convaincant ce qu’elle nous dit Celly / quelqu’un a quelque chose à répondre à ça ? ceux qui pensent que ça va dans les deux sens qu’est-ce qu’ils peuvent dire pour contredire Celly ? elle nous dit sur la route si on va dans un sens puis dans l’autre on se rencontre on se cogne / le sang du coup c’est pareil il peut pas aller en même temps comme ça et en même temps comme ça (elle montre un schéma) sinon ça se cogne / ok donc Celly elle nous pose un problème comment c’est possible pourquoi le sang comment c’est possible qu’il aille dans les deux sens si il doit aller dans un sens puis dans un autre il va se rencontrer à l’inverse / Malcom Type b2 : L’enseignante prend en compte une contrainte formalisée par Celly (flux et reflux sanguin se contrariant dans un vaisseau) pour repositionner le problème et invite les élèves à la prendre en compte pour évaluer les solutions mises en débat. Ce problème correspond à l’un de ceux qu’elle veut faire travailler aux élèves. Elle réussit ici à s’appuyer sur la proposition de l’élève pour la formaliser et la renvoyer à l’ensemble de la classe. Malcolm proposera à la suite l’existence de plusieurs vaisseaux.
Type d : émettre (d1) ou valider (d2) des solutions possibles en fonction des nécessités S1-47-P : ça revient à ce que Jibrill disait du coup s’il y a tout le temps tout le temps du sang qui arrive dans la main la main va gonfler comme la tête de Jibrill quand il a la tête en bas / donc il y a peut-être un problème là ? Type d2 : Les élèves sont invités à prendre en compte l’impossibilité établie par Jibrill (pas d’accumulation de sang dans les organes) pour interroger les solutions proposées
Type e : émettre (e1) ou valider (e2) des solutions possibles en fonction des contraintes S-126-P : et le dioxygène / donc le sang il transporte deux choses il transporte les nutriments et le dioxygène s’il amène des nutriments et du dioxygène à ma main vous êtes d’accord que dans le sang il n’y a pas que des nutriments et du dioxygène y’en a plein qui m’ont parlé de globules rouges de globules blancs dans ce que vous m’avez dessiné là il y a beaucoup de choses dans le sang / donc là si ma main ne récupère que l’oxygène et les nutriments les globules blancs et les globules rouges tout ça y vont où ? Enzo Type e2 : Les élèves sont invités à reprendre la contrainte établie (les besoins des organes) pour évaluer les conséquences sur les modèles en discussion. Enzo ne s’en empare pas comme l’enseignante pourrait l’espérer car il répond : « ils vont forcément être consommés ».
Type f : positionner le problème S1-108-P : alors je veux juste revenir sur le fait que le sang il peut aller vers le pied et revenir par le même tuyau est-ce que cela ne vous pose pas un problème ? L’enseignante invite les élèves à réfléchir sur un problème sans pour autant directement le mentionner. Cela conduit Celly à rejeter le modèle aller-retour en raison du flux et reflux se contrariant.
Type g : produire des solutions S1-25-P : je n’ai pas compris le sang il circulerait dans tout le corps ça veut dire qu’il ferait quoi comme mouvement ? Enora est invitée à préciser sa solution de « circuler ». Elle précisera que le sang fait des boucles.

Les expressions en italique correspondent aux éléments pris en compte pour l’analyse.

32Si certains inducteurs jouent directement leur rôle en provoquant l’effet attendu chez l’élève (type a, type b, type f, type g), cela s’avère plus délicat pour d’autres. Ainsi l’inducteur de type e relevé attire l’attention sur la contrainte de l’apport du dioxygène et des nutriments aux organes à prendre en compte pour évaluer les solutions proposées et notamment identifier la nécessité d’un retour du sang depuis les organes puisque tous les éléments qu’il contient ne leur sont pas utiles. Si Enzo ne s’empare pas de cet inducteur comme espéré, cela est parfaitement cohérent par rapport au modèle irrigateur dans lequel il s’inscrit (représentation A). L’enseignante ne rejette pas pour autant la proposition mais ne la réinterroge pas tout de suite. Ce n’est qu’à la fin de cette première séance, après la lecture de la partie 2 du dialogue historique et la mise en perspective de la quantité de sang présent dans le corps par rapport à la quantité de sang éjecté par le cœur, qu’elle revient vers lui et qu’il invalidera son modèle.

S1-221 P : ah donc là c’est une connaissance que tu as / Stacy et Moussa / c’est une connaissance que tu as Adam / il n’y a pas 4 litres cela dépend des personnes on a plus 5 à 6 litres de sang mais je suis d’accord on sait que dans le corps on a environ 6 litres de sang / si en une heure il sort 112 kg déjà ça nous paraît bizarre / et donc Harvey lui il se sert de cet argument et il continue si en une heure produit cela voudrait dire qu’en une journée le cœur produirait 2 688 kg de sang éjecté par le cœur / est-ce que le sang peut produire en une journée 2 688 kg de / est-ce que le cœur peut produire autant de sang ?
S1- 222 Enzo : non
S1- 223 : non est-ce-que ça ne pose pas problème à ta théorie Enzo ?
S1- 224 Enzo : bah si

33L’inducteur de type d est un autre inducteur qui met du temps à être efficace. En effet, le débat commence par ce rejet du modèle irrigateur par Jibrill pour qui le sang ne peut pas rester dans les organes. Bien qu’immédiatement renvoyé à la classe, il n’est pas tout de suite opérationnel. L’enseignante reviendra dessus « mais du coup vous ne répondez pas à la question de Jibrill / Jibrill vous a dit c’est pas possible quand on a la tête en bas s’il y a trop de sang dans la tête on a mal à la tête » (S 1, occ. 57), mais là encore les élèves ne répondent pas à sa sollicitation. C’est l’apport de la partie 2 du dialogue historique avec le problème posé par l’accumulation du sang dans les organes qui permet à la classe de s’en saisir.

231 P : c’est ce que tu voulais dire très bien / donc le médiateur dit mais ce sont des quantités très importantes chose que Enzo vient de réaliser / comment un corps peut-il contenir autant de sang ? alors Harvey il répond c’est tellement important que tous les vaisseaux du corps humain ne peuvent en contenir autant si c’était le cas les artères en arrivant aux organes seraient gorgées de sang et risqueraient d’éclater comme la tête de Jibrill quand il est à l’envers / donc la seule solution est que le sang reparte par les organes par des veines et retourne au cœur donc ça arriverait par un tuyau et repartirait par un autre tuyau c’est ce que Djuba nous a proposé / donc voyez que là on a ce que Jibrill nous a dit ce que Enzo nous a dit ce que Djuba nous a dit ici donc ils étaient quand même un peu raccord les scientifiques de l’époque avec ce que vous vous avez dit / ainsi en 24 heures le même sang il passerait aux organes et repasserait au cœur plusieurs fois donc ça vous voyez que ce serait possible selon Harvey donc si on prend la première question / la première question c’est pourquoi le sang ne pourrait pas partir du cœur et aller vers les organes et être consommé par les organes on répond quoi à cette question ? Quelqu’un peut me dire ? oui je t’écoute Inès
232 Inès : il ne pourrait pas car sinon les organes éclateraient
233 P : d’accord car sinon / alors est ce que l’on peut compléter ? je suis d’accord car les organes éclateraient pourquoi ? oui
234 Djuba : le sang il pourrait pas aller que du cœur aux organes car y aurait un surplus de sang dans le cœur et dans tous les organes

34Ces deux exemples montrent bien qu’il ne suffit pas qu’un inducteur soit présent pour qu’il se transforme en inducteur en acte dans la classe, il faut aussi que les élèves soient capables de s’en emparer (Fabre & Musquer, 2009a). L’enseignante revient plusieurs fois sur le même inducteur et elle permet ainsi aux élèves de l’utiliser quand ils y sont prêts. Nous pouvons noter l’absence d’inducteur de type c dans les inducteurs émergents. Ce type d’inducteur qui invite les élèves à articuler contraintes et nécessités s’accompagne le plus souvent d’un changement de registre sémiotique (ibid.). Ils sont particulièrement difficiles à inventer dans la dynamique du débat.

35Nous avons mené des analyses similaires, pour chacun des composants de la problématisation et des types d’inducteurs, sur l’ensemble des deux séances transcrites et nous avons synthétisé les résultats dans la figure 7 en reprenant le losange de la problématisation proposé par Fabre et Musquer (2009a).

Fig. 7 : schéma des inducteurs relevés lors des séances de problématisation de la circulation sanguine

Fig. 7 : schéma des inducteurs relevés lors des séances de problématisation de la circulation sanguine

36Le débat contrôlé par l’enseignante, l’utilisation des inducteurs potentiels au moment opportun et le développement d’inducteurs émergeant au cours des interactions langagières ont conduit peu à peu la classe à une fermeture de la problématisation sur un seul modèle possible : la circulation sanguine.

3.3.2. La modélisation des déterminants : l’identification des conditions permettant le développement des inducteurs

37Pour identifier les conditions qui ont permis que les inducteurs soient des leviers à la problématisation nous avons mobilisé le modèle des déterminants de la problématisation de Crépin-Obert (2017) en recherchant dans l’activité enseignante ce qui a favorisé la construction de problème par les élèves. Cette analyse est menée selon quatre pôles structurant la pratique enseignante, chacun fondé sur un concept organisateur.

38Au niveau du pôle pédagogique, nous pouvons relever d’un point de vue quantitatif une participation de 15 élèves sur les 23 présents. Lors du débat (épisode 2), le temps de parole des élèves, mesuré par le nombre de mots, est de 44,9 %, alors qu’il est de 18,3 % lors des temps de discussion sur les trois problèmes (épisodes 4, 5, 7, 8) et de 7,5 % le reste de la séance (épisodes 1, 3, 6, 9). L’enseignante contrôle le débat qu’elle vit comme une vraie prise de risque « E6b : je craignais les réponses des élèves / c’est que c’est la première fois que j’ai des collégiens donc je n’imaginais pas du tout ce qu’ils pouvaient me répondre / le niveau qu’ils avaient sur la question ça a été difficile pour moi d’anticiper ça parce que je n’avais vraiment aucune idée ». Mais c’est aussi le moment où elle laisse le plus de place à la parole des élèves. Le débat prévu initialement pendant 10 minutes durera finalement le double. D’un point de vue qualitatif, l’analyse est centrée sur l’aide apportée aux élèves pour communiquer entre eux avec une gestion du débat à la fois à l’échelle individuelle et à l’échelle collective. Ceci nous permet une catégorisation de ses interventions présentée dans le tableau 3.

Tableau 3 : catégorisation des interventions enseignantes lors de la séance de problématisation de la circulation sanguine

Gestion collective (nombre occurrences) Demande d’écoute collective 1
Règle de fonctionnement du débat 5
Renvoi au groupe de la proposition d’un élève ou une information donnée 27
Mise en perspective des arguments des élèves ou des informations données 21
Reformulation pour la mise en lien, l’écoute ou la validation 24
Question collective 50
Réponse collective 1
Gestion individuelle (nombre occurrences) Passation de la parole 79
Répétition de la formulation d’élève 34
Reformulation de la proposition d’élève pour vérifier la compréhension 28
Accord tacite 60
Réponse individuelle 17
Question individuelle 61

39Le renvoi au groupe par l’enseignante des propositions individuelles associé à des temps de questionnement pluriels basés sur les trois problèmes visés et des temps de réflexion individuelle permet aux élèves d’avoir du temps pour développer leur pensée et leur modèle explicatif.

40Au niveau du pôle psychologique, l’analyse est fondée sur l’aide à entrer en questionnement des élèves en fonction de leur mise en confiance ou de leur crainte du regard d’autrui. L’enseignante instaure un climat d’écoute et de bienveillance notamment en acceptant les propositions alternatives des élèves. Ainsi aucun modèle n’est validé a priori et lors du débat, ce sont 9 élèves qui vont proposer leur modèle explicatif sur les différents problèmes travaillés. Ce climat propice aux échanges est renforcé par un questionnement important car plus de 55 % des interventions enseignantes sont des questions. Le tableau analyse quantitativement les différents types de questions posées.

Tableau 4 : analyse quantitative des questions posées lors de la problématisation de la circulation sanguine

Épisode 2 4 5 7 8 Total
Questions pédagogiques 7 2 3 17 3 32
Questions didactiques 46 5 5 17 10 83

41Les questions posées par l’enseignante sont majoritairement des questions d’ordre didactique, centrées sur les savoirs visés. Les questions pédagogiques sont le plus souvent une passation de parole ou une demande d’accord. Nous avons également catégorisé les questions didactiques posées aux élèves lors des épisodes du débat et des discussions autour des trois problèmes, selon leur rôle vis à vis des modèles explicatifs mobilisés et selon leur type d’ouverture ou fermeture (figure 8).

Fig. 8 : graphique de l’analyse qualitative du questionnement enseignant lors du débat (épisode 2) et des temps du discussion sur les trois problèmes (épisodes 4, 5, 7 et 8)

Fig. 8 : graphique de l’analyse qualitative du questionnement enseignant lors du débat (épisode 2) et des temps du discussion sur les trois problèmes (épisodes 4, 5, 7 et 8)

42Pendant la phase de débat (épisode 2), nous pouvons relever deux types de questionnement. Tout d’abord des questions fermées, qui s’adressent généralement à un élève afin qu’il précise son modèle et développe sa pensée, mais aussi des questions ouvertes qui sont le plus souvent collectives et qui visent à faire avancer le débat. Lors des temps de discussion autour des trois problèmes, les questions sont majoritairement fermées. Elles visent davantage à préciser les arguments qui permettent de valider ou d’invalider les différents modèles en discussion.

43Au niveau du pôle didactique, l’analyse est fondée sur l’aide au raisonnement scientifique par les élèves en fonction de la réticence et de l’institutionnalisation du savoir en jeu par l’enseignante. Nous observons un repérage par l’enseignante de l’obstacle irrigateur parmi les différents modèles explicatifs des élèves interprétés dans leurs conceptions initiales. L’enseignante questionne les élèves pour les amener à les justifier et à en mesurer la plus ou moins grande cohérence. Pour cela, elle apporte de nouvelles contraintes au fur et à mesure de la séance comme les différentes parties du dialogue historique ou les propos d’élèves qu’elle choisit de relever. Elle accompagne ainsi la réflexion des élèves par un double jeu de réticence et d’institutionnalisation. Ainsi le savoir est parfois volontairement caché par l’enseignante quand elle ne valide aucun modèle a priori. Mais c’est aussi le cas quand elle intervient selon un jeu d’ignorance assumé « je n’ai pas compris » ou « j’aimerais que l’on trouve la réponse à la seconde question ». À l’autre extrémité, l’enseignante institutionnalise le savoir en validant ou en invalidant certaines propositions d’élèves, comme lorsqu’elle apporte des éléments comme la partie 3 ou 5 du dialogue (cf. annexe) qui vont permettre ces validations. Mais entre ces deux pôles, il existe toute une graduation. Par exemple, quand elle attire l’attention des élèves sur un problème posé par un modèle ou sur une contrainte ou une nécessité établie par un élève, elle dévoile un peu mais pas complètement le savoir. Nous avons ainsi relevé dans le tableau 5 les différentes interventions didactiques de l’enseignante en les positionnant entre ces deux pôles.

Tableau 5 : catégorisation des interventions didactiques enseignantes selon le dilemme réticence-institutionnalisation

Tableau 5 : catégorisation des interventions didactiques enseignantes selon le dilemme réticence-institutionnalisation

44Nous pouvons constater que le jeu de réticence est surtout présent lors du débat (épisode 2) et même si parfois elle apporte des solutions, ce sont des réponses à des questions d’élèves qui ne sont pas directement en rapport avec les problèmes travaillés. C’est une façon efficace de recentrer le débat en évacuant ce qui est accessoire. A contrario, les épisodes de discussion autour des trois problèmes sont des moments où le savoir est de plus en plus dévoilé car cela correspond au moment où les modèles sont invalidés (modèle irrigateur ou modèle aller-retour) ou validé (modèle circulateur).

45Au niveau du pôle épistémologique, l’analyse est fondée sur la compétence de l’enseignante à transposer le savoir savant en fonction de ses représentations de la construction d’un savoir scientifique. Nous pouvons constater que la séance n’est pas centrée uniquement sur les solutions du problème dans une logique de vrai/faux mais sur le questionnement du problème et des solutions possibles. Cette construction du problème s’appuie également sur une connaissance de la rupture épistémologique irrigateur vs circulateur et sur la controverse ayant eu lieu au cours de l’histoire du concept. Nous pouvons également observer une pluralité de preuves pour valider l’un des modèles : recherche des arguments liés à la cohérence des modèles, utilisation de données expérimentales (sections des vaisseaux) et non expérimentales (besoins des organes), discussion et validation collective des arguments. La preuve n’est pas seulement expérimentale. Enfin nous pouvons relever lors des entretiens l’importance de la connaissance épistémologique du concept. « Eb36 : là ça m’a donné accès à beaucoup de choses auxquelles… les obstacles auxquels ils font face et moi j’en n’avais même pas conscience et du coup c’est hyper dur de les aider à comprendre quelque chose quand nous on sait pas ce qui a vraiment dans leur tête et j’ai trouvé que le débat pour le coup j’arrive beaucoup mieux / là si tu me demandes quels sont les obstacles pour un élève dans la circulation sanguine / je sais beaucoup mieux te dire que dans la circulation de la sève des végétaux ou dans la nutrition des végétaux ». C’est bien parce qu’elle a développé à l’aide des outils conçus ses connaissances sur le concept de circulation qu’elle a pu repérer chez ses élèves les différents modèles explicatifs et les obstacles sous-jacents.

46La figure 9 résume les différents déterminants analysés lors de ces séances de problématisation de la circulation sanguine suivant les quatre pôles.

Fig. 9 : les déterminants identifiés lors de la séance de problématisation de la circulation sanguine

Fig. 9 : les déterminants identifiés lors de la séance de problématisation de la circulation sanguine

47Finalement, ce sont bien les connaissances historiques et épistémologiques de l’enseignante, sa connaissance des obstacles et des modèles explicatifs des élèves, accompagnées d’une gestion bienveillante de la classe dans le cadre d’un débat ouvert qui ont permis à l’enseignante de guider les élèves en proposant des inducteurs pertinents (prévus ou émergents) et en les transformant en acte dans la classe. Ce sont ces conditions qui ont permis de faire de ces inducteurs de véritables leviers à la problématisation et de conduire les élèves à l’établissement des nécessités.

Conclusion et perspectives

48Accompagner la problématisation des élèves est un défi professionnel qui repose sur la transformation d’inducteurs potentiels en inducteurs réels dans la classe. Plusieurs conditions ont permis chez cette enseignante une transformation effective des inducteurs. Tout d’abord, notre dialogue historique reconstruit s’appuie sur une enquête didactico-historique ciblant les obstacles épistémologiques. Basé sur un obstacle analogue des savants et des élèves, il peut faire résonance chez ces derniers. Mais il faut encore qu’il soit utilisé judicieusement en classe c’est-à-dire qu’il soit proposé au moment où l’élève puisse s’en saisir. C’est bien le développement par l’enseignante de tout un ensemble de conditions favorables qui permet cette transformation en acte dans la classe. Musquer et Fabre relèvent deux valeurs aux inducteurs réels : la valeur réactive, c’est-à-dire l’effet qu’un inducteur provoquera dans les interactions de la classe mais aussi sa valeur effective c’est-à-dire son effet sur les apprentissages (2010). Si au terme de nos analyses, nous pouvons raisonnablement penser que l’enseignante a donné une valeur réactive aux inducteurs repérés, il est difficile d’en mesurer la valeur effective chez les élèves. Dans la suite de sa séquence, l’enseignante nous a indiqué avoir relevé des difficultés d’élèves lors de la mise en schéma de la circulation sanguine notamment dans l’organisation de la double circulation. Lors de la problématisation, si le modèle d’une circulation à sens unique dans un système clos a été travaillé, les aspects fonctionnels ont été peu évoqués. À la fin des deux séances, une élève s’est demandé pourquoi le sang devait repartir au cœur et la recharge en dioxygène a été mentionnée par un élève et l’enseignante. Il nous semble qu’une problématisation plus poussée intégrant une discussion pour établir la nécessité de cette recharge en dioxygène et sur celle en nutriments aurait pu permettre aux élèves de mieux appréhender l’organisation fonctionnelle de la circulation. Malgré ces quelques réserves, les outils conçus ont été une double ressource pour l’enseignante : une ressource pour la classe par le biais du dialogue historique, inducteur potentiel à la problématisation des élèves ayant favorisé le débat dans la classe, mais aussi une ressource pour elle-même en développant ses déterminants de problématisation par le biais des outils accompagnant le dialogue historique. La connaissance de la construction du concept, des obstacles qui ont dû être dépassés, des controverses qui ont eu lieu ont permis à l’enseignante une compréhension fine de la circulation sanguine. Intégrer ces aspects épistémologiques en formation initiale ou continue des enseignants nous apparait ainsi fondamental et correspondrait au renforcement épistémologique proposé par Astolfi (2011). La conception d’outils comme ceux présentés dans cette étude peut également trouver sa place pour un accompagnement plus autonome des enseignants en fonction de leurs besoins qui peuvent être différents, compte tenu de leurs études, leurs expériences professionnelles, leurs centres d’intérêt. Ils donnent aux enseignants des éléments de référence épistémologiques et didactiques leur permettant de mieux assumer la prise de risque vécue lors des pratiques de débat entre élèves qui sont indispensables à la construction d’un problème scientifique. S’appuyant sur une étude de cas, nos résultats n’ont pas par définition une portée généralisatrice mais nous ne pensons pas qu’ils peuvent cependant être réduits à un simple exemple. Nous avons eu le souci d’objectiver nos interprétations, d’une part, avec une analyse épistémologique et didactique a priori et, d’autre part, avec une étude in situ en mobilisant les outils du cadre théorique de la problématisation. Cette articulation entre théorie et empirie est une condition de validation des études de cas (Schneeberger & Lhoste, 2019) et conduit à identifier « des conditions de possibilité didactique » (ibid., p. 110) à savoir ici les conditions d’un accompagnement efficace de la problématisation de la circulation sanguine. Mais malgré des déterminants de problématisation favorables, les élèves ne s’emparent pas toujours des inducteurs. Quelles sont les raisons qui expliquent cette difficulté ? Est-elle liée seulement aux obstacles épistémologiques de l’élève ou d’autres éléments peuvent-ils être repérés ? Ces questions soulevées par cette étude ouvrent des perspectives intéressantes de recherche avec une centration cette fois sur l’élève, acteur principal d’une problématisation scolaire.

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Annexe

Parties du dialogue fictif entre William Harvey et Jean Riolan, utilisées par l’enseignante

William Harvey est un médecin anglais du XVIe siècle qui a travaillé sur le trajet du sang dans l’organisme. Jean Riolan, médecin français, était l’un de ses principaux opposants. Ce dialogue imagine une rencontre entre ces deux grands médecins pour discuter de leurs conceptions du mouvement du sang dans l’organisme.

2de partie

Harvey : Prenons un cœur humain d’un adulte. Il contient environ 56 g de sang et réalise environ 1 000 contractions en une demi-heure, non ?

Riolan : Oui, cela me semble correct.

Harvey : Calculons alors la quantité de sang sortant du cœur par l’aorte en une heure : il en sort 112 kg. En une journée, cela revient à 2 688 kg de sang qui sont éjectés du cœur.

Médiateur : Mais ce sont des quantités très importante. Comment le corps peut-il contenir autant de sang ?

Harvey : C’est tellement important que tous les vaisseaux du corps humain ne peuvent en contenir autant. Si tel était le cas, les artères arrivant aux organes seraient gorgées de sang et risqueraient d’éclater. La seule solution est que le sang reparte des organes par les veines et retourne au cœur. Ainsi en 24 h, le même sang passe du cœur aux organes et des organes au cœur dans ce grand mouvement circulatoire.

3e partie

Riolan : Mais pourquoi imaginer une circulation ? Il est tout à fait possible d’envisager un flux dans un sens et un reflux dans l’autre sens que ce soit dans les artères ou les veines.

Harvey : Si on admet un flux et un reflux, le mouvement du sang dans un sens contrarie le mouvement du sang dans l’autre sens. Le sang s’agite alors dans un va et vient inutile.

Médiateur : Effectivement, c’est logique.

Harvey : De plus, quand on coupe une artère, un jet de sang très puissant en jaillit. Un reflux contre cette force est impossible.

Riolan : Mais quand on sectionne une veine, le sang coule de façon beaucoup plus calme. Il est tout à fait possible d’envisager un reflux. Car si le sang veineux se déplace du cœur aux organes, je peux admettre qu’il existe un mouvement dans l’autre sens, si les veines sont vides par exemple. Mais cela reste exceptionnel.

Harvey : Mais non Riolan, vous n’êtes pas sérieux. Si vous coupez une veine entre le cœur et la main, le sang sort toujours du côté de la main, jamais du côté du cœur. Cela montre bien que le sang se déplace dans les veines de la main vers le cœur. Au contraire, si on coupe une artère entre le cœur et la main. Le sang sort toujours du côté du cœur.

Médiateur : C’est très intéressant. Le sang circule donc du cœur vers les organes dans les artères et des organes au cœur dans les veines.

Riolan : Je peux admettre qu’une partie du sang des gros vaisseaux retourne au cœur et circule mais j’en doute fortement pour les petits vaisseaux qui irriguent les organes. Ceux-ci ont besoin de se nourrir du sang.

Harvey : Mais il n’est pas nécessaire que tout le sang des vaisseaux reste sur place pour qu’une partie soit assimilée par les organes. La grande majorité peut repartir par les veines. De plus il existe à l’intérieur des veines, des valvules. Ce sont des membranes qui peuvent se fermer pour bloquer le passage du sang. Ces valvules veineuses se ferment si le sang veineux retourne vers les organes. Elles empêchent le reflux du sang vers ceux-ci.

Médiateur : C’est remarquable. Dans ce cas, le sang des veines ne peut pas revenir en arrière : il se déplace obligatoirement vers le cœur.

5e partie

Riolan : Mais tout n’est pas résolu, comment le sang peut-il passer des artères aux veines au niveau des organes ?

Harvey : J’imagine qu’il existe des connexions entres les vaisseaux ou des pores dans les tissus des organes qui permettent au sang de passer des artères ou veines.

Riolan : Mais l’avez-vous vu ? Pouvez-vous le prouvez ?

Harvey : Non ce ne sont que des hypothèses. Les vaisseaux sont si petits au niveau des organes qu’il est difficile de voir leur organisation.

Médiateur : Mais vos explications précédentes ne prouvent rien alors.

Harvey : Je ne suis pas d’accord. Certes il reste des difficultés mais cela ne veut pas dire que le reste est faux. Mes arguments restent valides. Et tout médecin qui a effectué des dissections sait qu’il existe une grande communication entre les artères et les veines au niveau des organes. Il faut donc observer encore, chercher encore et un jour nous saurons comment se fait cette communication.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : espace contraintes-nécessités de la problématisation de la circulation sanguine par William Harvey
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 195k
Titre Fig. 2 : le losange de la problématisation (Fabre & Musquer, 2009a, p. 117)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 154k
Titre Fig. 3 : représentations initiales sélectionnées par l’enseignante et présentées aux élèves pour susciter le débat
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 297k
Titre Fig. 4 : espace des contraintes, des possibles et des nécessités du sous-problème du devenir du sang arrivant aux organes
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 216k
Titre Fig. 5 : espace contraintes-nécessités de la problématisation de la circulation sanguine menée par la classe
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 215k
Titre Fig. 6 : tableau des arguments identifiés collectivement par les élèves articulant contraintes et nécessités
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 350k
Titre Fig. 7 : schéma des inducteurs relevés lors des séances de problématisation de la circulation sanguine
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 275k
Titre Fig. 8 : graphique de l’analyse qualitative du questionnement enseignant lors du débat (épisode 2) et des temps du discussion sur les trois problèmes (épisodes 4, 5, 7 et 8)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 144k
Titre Tableau 5 : catégorisation des interventions didactiques enseignantes selon le dilemme réticence-institutionnalisation
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 258k
Titre Fig. 9 : les déterminants identifiés lors de la séance de problématisation de la circulation sanguine
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/4384/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 294k
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Pour citer cet article

Référence papier

Maud Pelé et Patricia Crépin-Obert, « Favoriser la problématisation d’élèves de cycle 4 sur la circulation sanguine à partir d’outils didactiques basés sur l’histoire des sciences »RDST, 26 | -1, 25-51.

Référence électronique

Maud Pelé et Patricia Crépin-Obert, « Favoriser la problématisation d’élèves de cycle 4 sur la circulation sanguine à partir d’outils didactiques basés sur l’histoire des sciences »RDST [En ligne], 26 | 2022, mis en ligne le 01 décembre 2022, consulté le 18 mai 2025. URL : http://journals.openedition.org/rdst/4384 ; DOI : https://doi.org/10.4000/rdst.4384

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Auteurs

Maud Pelé

Univ Paris Est Creteil, Université de Paris, CY Cergy Paris Université, Univ. Lille, UNIROUEN, LDAR

Patricia Crépin-Obert

Univ Paris Est Creteil, Université de Paris, CY Cergy Paris Université, Univ. Lille, UNIROUEN, LDAR

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