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Dossier

Pensée critique et savoirs en SVT : un point de vue depuis le cadre théorique de l’apprentissage par problématisation

Critical thinking and knowledge in life and earth sciences: a view from the theoretical framework of problematization-based learning
Christian Orange et Denise Orange Ravachol
p. 115-142

Résumés

Le cadre de l’apprentissage par problématisation étudie les conditions d’accès des élèves à des savoirs en biologie et géologie qui ne se réduisent pas à un savoir « comment cela fonctionne » mais questionnent « pourquoi cela ne peut pas fonctionner autrement », des savoirs raisonnés, donc. Nous voulons ici discuter des liens qui existent entre la construction de tels savoirs et la pensée critique qui est grandement mise en avant dans les référentiels et programmes de nombreux pays. Pour cela nous étudions quatre cas de séquences (école primaire et lycée), construites dans le but d’amener la classe à des savoirs raisonnés, de façon à repérer les conditions de développement de la pensée critique des élèves. Nous montrons ainsi que l’accès à des savoirs raisonnés et le développement de la pensée critique sont fortement liés car ils sont chacun la condition de l’autre.

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Texte intégral

Introduction

1Le développement de l’esprit critique ou de la pensée critique1 des élèves est mis en avant dans les documents officiels régissant l’École, en France comme dans beaucoup de pays. Ce grand objectif est décliné à la fois dans les intentions générales des curriculums et dans les programmes disciplinaires. Ainsi un document (2016) publié sur le site officiel français Eduscol est intitulé : « à l’école de l’esprit critique » et commence par instituer l’esprit critique comme « fil rouge des enseignements et finalité majeure de l’école »2. Le préambule (2019) fixant les objectifs de l’enseignement des sciences de la vie et de la Terre (SVT) au lycée3 indique, parmi les trois objectifs majeurs de cette discipline : « participer à la formation de l’esprit critique et à l’éducation civique en appréhendant le monde actuel et son évolution dans une perspective scientifique ». En Belgique francophone, les nouveaux référentiels4 du tronc commun, entrant en application en 2022, notent comme finalités générales « devenir un citoyen actif, émancipé, critique, créatif, solidaire des générations actuelles et futures » et mettent en avant « le caractère émancipateur intrinsèque des savoirs, fondateurs d’une culture citoyenne partagée et socles de l’exercice d’un esprit critique ».

  • 5 « Réflexion raisonnable axée sur la décision de croire ou de faire quelque chose » (notre traducti (...)

2Cette volonté de développer la pensée critique des élèves peut apparaître comme allant de soi : « qui ne souhaiterait pas que son enfant devienne un penseur critique ? » écrit D. Kuhn (2019). Mais elle remarque aussitôt que, si de nombreux efforts ont été faits, depuis des décades, pour définir la pensée critique des points de vue théorique et empirique, aucune bonne définition ne s’impose. Elle s’étonne même de la vitalité de cette notion en l’absence d’avancée significative. Ennis, par exemple, reprend récemment (2018) la définition qu’il retenait déjà dans les années 1980 – « reasonable reflective thinking focused on deciding what to believe or do5 » – tout en signalant que des définitions semblables se retrouvent chez différents auteurs. Ce que recouvre cette pensée critique reste en effet d’autant moins précis qu’elle peut être examinée comme un concept théorique, une compétence mesurable ou un objectif éducatif (Kuhn, 2019).

3Au-delà des définitions diverses, dont on voit la généralité et l’imprécision, une question éducative importante concernant la pensée critique est pointée dès 1989 par Ennis (1989) : est-elle enseignable directement et généralement ou relève-t-elle d’un travail au sein des différentes disciplines ? Ennis (1989, 2018) opte pour une approche mixte quand d’autres (Glaser, 1984 ; McPeck, 1989) contestent la possibilité d’une compétence générale, indépendante des domaines de savoirs et de pratiques. Dans un entretien au Monde, le sociologue Bronner (2019) affirme que « l’esprit critique peut s’enseigner en tant que tel » alors que Willingham (2007) signale que des années de recherche sur la cognition ont montré que cela n’est pas possible et qu’il ne s’agit pas d’une compétence qui peut être acquise une fois pour toutes et pour tous les domaines.

4Si nous resituons ces différends, ce n’est certes pas pour les trancher, mais pour préciser ce que peut être le positionnement des recherches didactiques sur la pensée critique et pour présenter le point de vue qui sera développé ici. Ces débats sur les conditions de formation à la pensée critique semblent souvent concerner des psychologues et des philosophes (voir par exemple Pasquinelli, 2014, p. 482-513) qui tombent cependant pratiquement tous d’accord, qu’ils penchent ou non pour la possibilité d’un enseignement général de la pensée critique, pour dire que les connaissances d’un domaine particulier sont nécessaires pour penser de manière critique dans ce domaine (Ennis, 1989).

5C’est cette relation entre disciplines (au sens large) et pensée critique qui permet de penser didactiquement la question. Pour nous en tenir maintenant à l’enseignement des sciences, cette relation s’exprime sous plusieurs formes, qui ne s’excluent pas. Le développement de la pensée critique ou l’esprit critique est souvent présenté comme un objectif de l’enseignement des sciences, aussi bien dans des écrits de recherche que dans les préconisations officielles pour l’enseignement. Nous citions plus haut des extraits de programmes ou de référentiels. Derrière cette injonction se cache donc, dans les programmes, l’idée que les sciences portent en elles-mêmes une, voire la rationalité. Cela implique, implicitement ou explicitement, un positionnement épistémologique qui refuse certes tout relativisme mais qui peut être plutôt rationaliste, avec mise en avant de la cohérence des explications ou modèles, ou plutôt empiriste, la critique étant à chercher principalement dans les observations et les expériences. Ainsi, quand les programmes français de SVT insistent sur la distinction entre faits et idées (programmes français de SVT, de cycle 46, 2020, p. 107), rien n’est dit de ce que recouvrent ces termes ni dans quel cadre épistémologique il faut les penser.

  • 7 « Inquiry and argument can be regarded as twin pillars of skilled thinking, replacing the more gen (...)

6Du côté des chercheurs, la participation de l’enseignement des sciences à la formation de la pensée critique peut prendre différentes orientations de recherche : travail sur la nature des sciences (NoS), appui sur l’histoire des sciences (De Hosson & Schneeberger, 2011 ; Ennis, 2018), mise en avant et études des débats et de l’argumentation (Kuhn & Crowell, 2011), etc. Par exemple, devant le flou de la définition de la pensée critique qu’elle pointe, D. Kuhn (2019) semble suivre les orientations des Next Generation Science Standards (2013, cité par Kuhn [2019]) qui considèrent que l’argumentation et l’enquête, plutôt que la pensée critique, sont au cœur de la réflexion scientifique. L’enquête et l’argumentation peuvent alors, écrit-elle, être considérées comme les deux piliers de la pensée compétente en remplacement de la notion plus générique de pensée critique.7

7Quant aux buts du développement de la pensée critique dans l’enseignement des sciences, au-delà de la formation citoyenne générale, ils sont souvent reliés à la détection des fausses informations et des rumeurs (par exemple, Gauvrit & Pasquinelli, 2019 ; voir aussi le programme français de l’enseignement scientifique, classe de première, 20198, fin du préambule) ou à la « prophylaxie des pseudosciences » (Monvoisin, 2007, p. 26) en référence à la définition moderne de la zététique.

8Sans nous opposer à ce qui vient d’être rapidement présenté sur les relations entre l’enseignement des sciences et la pensée critique, nous voulons ici développer un autre point de vue que nous considérons comme complémentaire. Il ne porte pas sur ce qu’apporte l’enseignement des sciences à l’esprit critique, ni directement sur la façon de le développer, mais sur ce qu’apporte le travail critique à l’apprentissage des sciences, notamment en SVT. Il se situe dans un cadre épistémologique et didactique particulier, celui de l’apprentissage par problématisation (Doussot et al., 2022), que nous allons présenter maintenant en précisant ses relations avec la pensée critique avant d’en discuter à partir de quelques études de cas.

1. Cadre théorique, question de recherche et méthodes d’étude retenus

9Le cadre de l’apprentissage par problématisation s’est construit à partir de considérations épistémologiques (Bachelard, Deleuze, Meyer, Dewey : voir Fabre, 2009) et didactiques (voir Doussot et al., 2022). Il s’agit de prendre pleinement en compte la relation entre problèmes et savoirs tout en ne se satisfaisant pas de l’idée que les savoirs scientifiques seraient assimilables aux solutions des problèmes : les problèmes ne sont pas donnés, ils se construisent et ce travail des problèmes constitue l’essentiel de l’accès aux savoirs. Ceux-ci ne sont des savoirs scientifiques que dans la mesure où ils ne sont pas détachés de la construction du ou des problèmes qui les organisent : cette construction correspond à une exploration et une délimitation du champ des possibles et le savoir ne se limite pas à un « savoir que c’est ainsi » – un savoir assertorique – mais est avant tout un « savoir pourquoi cela ne peut être autrement » (Reboul, 1980) – un savoir apodictique.

  • 9 Sur l’importance de l’activité critique dans la construction des savoirs scientifiques, voir Poppe (...)

10Cette mise en avant de l’origine critique des savoirs en sciences9 et leur lien avec l’exploration et la délimitation des possibles, conduit a priori à penser une relation forte, dans le CAP, entre l’exercice de la pensée critique des élèves et la construction et la pratique des savoirs scientifiques. C’est ce lien que nous voulons interroger ici, non pour le valider, puisqu’il est donné comme présupposé théorique, mais pour en repérer les conditions didactiques.

  • 10 Il s’agit de recherches collaboratives à visées phénoménogénétiques : voir Orange & Orange Ravacho (...)

11Pour cela nous allons questionner quatre cas de situations d’enseignement des SVT en France, en primaire et en secondaire. Ces cas ont été choisis parmi les séquences construites par notre équipe lors de recherche collaboratives10 avec l’intention d’amener les élèves à problématiser en discutant de possibles explicatifs ; c’est en effet une condition pour étudier les relations entre problématisation et pensée critique. Nous avons de plus recherché, en un nombre nécessairement limité, la plus grande diversité dans les relations entre le travail de problématisation, vu comme une analyse critique des solutions possibles, et les savoirs construits, tout en sachant que cette diversité ne peut aucunement garantir l’exhaustivité des configurations possibles. Ces cas ont déjà donné lieu à des études correspondant à d’autres questions de recherche : travaux sur l’argumentation, sur la mise en texte de savoirs problématisés, etc. (voir notamment Orange, 2012) ; ils sont repris ici du point de vue des relations entre travail critique et construction de savoirs en sciences. Pour cela, nous recherchons les argumentations des élèves portant sur l’analyse critique de solutions possibles et ce qu’elles permettent de construire comme possibles, impossibles et nécessités.

12Lors de l’étude de ces cas, nous ferons parfois référence à des « activités » proposées par des manuels. Nous devons préciser avec quelle intention : si un manuel peut être considéré, selon Lebrun et Niclot (2009, p. 8), comme un « outil d’actualisation des prescriptions officielles », il n’est pas question ici de considérer que les exemples qui y sont pris sont représentatifs de ce qui s’enseigne en classe ; encore moins de mener une critique de ces manuels et de leurs auteurs, qui sont devant des contraintes impossibles à concilier, entre les exigences des éditeurs, les attentes des enseignants et la demande officielle d’enseigner par investigation (Orange, 2017). Le recours à des exemples de manuels ne servira ici qu’à préciser, par opposition, les conditions de possibilité d’un travail critique en classe de SVT que nous cherchons à identifier.

2. Premier cas : la nutrition au cycle 3 (école élémentaire)

13Ce premier cas correspond à une séquence dans une classe de CM1-CM2 (élèves de 9-11 ans). Il s’agit de l’étude des relations entre aliments ingérés et fonctionnement du corps humain (voir Orange, 2012).

14Lors des premières séances, la classe s’est interrogée sur la signification de l’alimentation : « À quoi cela sert-il de manger ? ». Elle s’est mise d’accord sur un des points évoqués : cela permet de donner des forces à notre corps. Les élèves ont eu alors à étudier la question suivante, individuellement puis en groupes de trois : « Comment ce que j’ai mangé peut-il me donner des forces ? ». Les groupes devaient fournir un schéma et un texte.

Fig. 1 : la production d’un groupe de CM1-CM2 (9-11 ans) : « Comment ce que j’ai mangé peut-il me donner des forces ? »

Fig. 1 : la production d’un groupe de CM1-CM2 (9-11 ans) : « Comment ce que j’ai mangé peut-il me donner des forces ? »

Le hamburger et les frites descendent dans un tuyau appelé l'œsophage vers l'estomac. Après certaines nourritures descendent dans le tuyau des excréments. Les autres partiront dans les tuyaux vers les muscles.

15Les productions des groupes, dont la figure 1 donne un exemple, servent de support, lors de la troisième séance, à un débat. Ce débat, d’un peu plus d’une heure, permet aux élèves de faire une analyse critique des productions des groupes. Lors de la discussion sur l’affiche 3 (voir figure 1), par exemple, le débat porte notamment sur ce qui va vers les muscles et ce qui est rejeté dans les selles : l’explication donnée permet-elle de faire la différence ou est-ce la même chose qui va ici et là ? La figure 2 représente, sous forme d’une structure argumentative (Orange, Lhoste & Orange Ravachol, 2008), un épisode fortement argumentatif (Plantin, 2005) portant sur cette question. Le déroulé des échanges s’y lit de haut en bas, les thèses et arguments du même ordre sont placés dans la même « verticale » ; les flèches indiquent des convergences ou des divergences (flèches barrées) dans ces argumentations.

Fig. 2 : structure argumentative d’un épisode du débat sur l’affiche de la figure 1 (CM1-CM2) lors de la séance 3

Fig. 2 : structure argumentative d’un épisode du débat sur l’affiche de la figure 1 (CM1-CM2) lors de la séance 3

16Cette mise en forme d’une partie du débat portant sur une des affiches met en avant que des élèves de cette classe (8 élèves interviennent dans cet épisode fortement argumentatif) sont capables de développer des argumentations critiques sur une explication possible qui leur est proposée par des pairs et que ces argumentations permettent de travailler deux des nécessités envisagées dans l’analyse a priori : la nécessité d’une transformation et celle d’un tri. Une pensée critique est donc à l’œuvre qui participe à la construction du problème et à l’avancée vers des savoirs problématisés comme on les entend dans le CAP. Nous sommes ici dans un cas relativement simple des relations entre possibles explicatifs proposés par les élèves et travail critique qui conduit à identifier des nécessités.

17Ce travail critique présente cependant une limite du point de vue des savoirs scientifiques : les argumentations qui conduisent à la nécessité d’un tri s’appuient sur la distinction qui semble évidente pour la classe, entre bonne et mauvaise nourriture. Cette distinction se traduit par l’intervention de Quentin, en bas de la structure argumentative de la figure 2, mais elle est présente pendant tout le débat. Par exemple voici ce que dit Maël, plus tôt dans le débat en présentant l’affiche de son groupe :

75, séance 3, Maël [lit l’affiche] : « Que devient la nourriture pour permettre de nous donner des forces ? La nourriture va dans l’estomac et puis après dans l’intestin grêle. La mauvaise nourriture va dans le gros intestin et puis après ressort en… caca. De la bonne nourriture va dans le sang qui les amène aux muscles. Et la nourriture nourrit le muscle ».

  • 11 « Pour être recevable, une explication doit démontrer que les événements auxquels elle s’applique (...)

18Il apparaît donc que la pensée critique des élèves fonctionne dans ce cas en s’appuyant une évidence pour la classe, ce que Toulmin (1973, p. 92) nomme un intelligible fondamental11 : la distinction entre bonne et mauvaise nourriture. Cela relève des explications intra-objectales comme les nomment Piaget et Garcia (1983) : l’explication tient dans les propriétés mêmes des objets et non de leurs relations. Cette distinction n’est pas qu’un problème de vocabulaire, mais structure totalement la pensée des élèves pour le problème au travail : les mauvaises nourritures sont identifiées aux excréments, que les élèves ont introduits dans la discussion et qui ont une charge symbolique forte. Plus tard (séances 4 et 5), quand la classe étudie des documents pour identifier notamment où se fait le tri, le terme de nutriments est adopté pour ce qui passe dans le sang. C’est une demande de l’enseignant qui correspond à ce que notent les documents étudiés. Cependant cela ne conduit pas les élèves à abandonner la catégorisation « bons et mauvais ». Par exemple :

176, séance 5, Clément : « Doit y avoir quelque chose qui filtre comme pour les carafes d’eau. Un peu comme ça… et puis ça filtre ce qui est bon et ce qui est mauvais ».

19L’idée de filtre, apporté par les documents, n’est pas nécessairement comprise comme un tri selon la grosseur : ce filtre des carafes d’eau, qui sert ici à Clément de référence analogique, est un filtre qui fonctionne pour lui sur la qualité (bon et mauvais) de ce qu’il y a à trier, et non sur une relation entre particules alimentaires et structure du filtre fondée sur la taille (mécanisme, donc inter-objectal).

20Cette limite dans le travail critique des élèves est à mettre sur le compte des conceptions des élèves et d’un obstacle épistémologique (par exemple : Astolfi & Perterfalvi, 1993) ; rien de vraiment neuf donc. Mais, du point de vue de la pensée critique et de la problématisation, cela met en avant que l’engagement dans le débat des élèves et leurs capacités argumentatives, pour nécessaires qu’elles sont, ne sont pas suffisantes : toute analyse critique a pour limite le champ des explications et raisonnements disponibles pour la personne ; ce que, en CAP, on nomme le registre explicatif (REX).

21La question didactique du dépassement de ces explications du tri entre bonne et mauvaise nourriture est intéressante pour avancer sur la question de la pensée critique. Notons d’abord qu’il n’est pas facile de réfuter cette catégorisation entre bonne et mauvaise nourriture, si ce n’est par un argument d’autorité, car ces notions sont floues : elles représentent à la fois le mauvais symbolisé par les excréments, mais aussi ce qui pourrait faire du mal à notre corps, ou simplement lui être inutile ; le bon étant ce qui nous est bénéfique et vital. Dans la classe, la remise en cause, timide, de l’intérêt de cette distinction prend deux formes, lors de la discussion sur les documents en séance 5.

22La première discute le tri mais pas la distinction en mettant en doute que seuls les nutriments, les bons aliments, passeraient dans le sang. Voici la forme que cela peut prendre (séance 5) :

504 Daphnée : Mais il n’y aurait pas que des nutriments. Moi, je crois pas non plus qu’il n’y a que des nutriments qui sortent. Y a peut-être aussi quelques déchets quand même.
505 Antoine : Bah si y a des déchets ce serait pas très bon pour les muscles.

[…]
509 Daphnée : Bah, je sais pas des fois quand tu manges des choses qui sont pas bonnes pour le corps et ben… des fois t’as des… t’as mal à des parties du corps ou des machins comme ça. Et normalement les nutriments ils sont là pour… enfin pour venir nourrir le corps quoi, alors que les déchets bon bah ils servent un peu à rien. C’est des trucs qui sont pas bons du tout pour le corps quoi. Enfin, ils peuvent être un peu bons mais… enfin être bons mais…

23La distinction se fait ici entre nutriments et déchets mais les déchets gardent, pour une partie des élèves, la connotation négative des mauvais aliments. C’est même, d’une certaine façon, cette connotation qui fait penser que parfois des déchets passent dans le sang.

24La seconde remise en cause prend la forme d’explication de type mécaniste. Voici ce que dit Daphnée quand, lors de la discussion sur les documents (séance 5), elle passe au tableau pour essayer d’expliquer par un schéma et un discours comment se fait le tri. Son explication n’est pas très aboutie car en construction, mais elle propose l’analogie avec un égouttoir :

494 Daphnée : Disons que là ce serait l’intestin grêle [elle ajoute le début de l’intestin grêle sur son dessin]. Bon, il est pas comme ça mais c’est pas grave… Par exemple, euh… en fait, moi je dirais que là, en fait, y a comme des trous en fait. Ici, ça ferait comme un trou où euh… les nutri… où il n’y aurait pas la place que les… euh… enfin les aliments en petits morceaux, y aurait pas la place que ils s’en aillent mais que le sang puisse rentrer en fait…

  • 12 Le même phénomène est repéré dans un corpus en classe de troisième par Yann Lhoste (2005) : une él (...)

25Ces deux types d’argumentations ne permettent pas à la classe de dépasser les explications en bons et mauvais – seule Daphnée semble tenter ce dépassement – peut-être parce que ces arguments n’ont pas été suffisamment mis en avant et thématisés par l’enseignant12. On a cependant ici une indication sur ce qui permettrait de faire avancer la problématisation de l’absorption intestinale : le travail critique du problème du fonctionnement de ce tri, repéré par les élèves comme une nécessité, ce qui n’a pas été fait ici.

26Ce premier cas permet de dégager quelques points importants concernant l’activité critique :

  • nous sommes ici dans un cas simple : la classe produit des possibles explicatifs dont la critique va permettre d’avancer dans la problématisation ;
  • comme noté plus haut, la pensée critique des élèves est limitée par leurs intelligibles fondamentaux. Ceux-ci sont d’autant plus difficiles à dépasser qu’ils sont inconsciemment partagés par le groupe au sein duquel la pensée critique est censée s’exercer ; ici la classe ;
  • la remise en cause de ces intelligibles fondamentaux peut passer, en biologie, par un questionnement sur le fonctionnement du type : comment (ici le tri) est-ce possible ? Comment cela peut-il se réaliser ? Donc par un prolongement de la problématisation portant sur la réalisation des nécessités repérées, donc sur la critique de solutions possibles à un problème plus circonscrit.

3. Deuxième cas : le fonctionnement de la circulation sanguine au lycée

27La circulation sanguine, définitivement publiée par Harvey au XVIIe siècle, est enseignée depuis l’école jusqu’au lycée (et au-delà) et représente ainsi un savoir de base en biologie. Elle a pourtant mis du temps à s’imposer dans la communauté scientifique.

  • 13 Le cycle 4 concerne des élèves de 12 à 15 ans.

28La circulation introduit une certaine organisation spatio-temporelle. L’une des questions que l’étude des fonctions et du fonctionnement de la circulation doit travailler est celle de la disposition fonctionnelle des différents organes, notamment ceux impliqués dans la nutrition, dans le schéma circulatoire. Quels sont ceux positionnés « en série » et ceux qui sont « en parallèle » ? À ce sujet, un manuel de cycle 413 (Hatier, 2017, p. 126) propose aux élèves de discuter de deux schémas explicatifs censés être construits chacun par un élève : l’un place, dans la « grande circulation » deux organes non identifiés (notés « organe 1 » et « organe 2 ») en série et l’autre en parallèle. Il s’agit de « trouver des arguments issus de documents permettant de mettre en évidence les éléments corrects et les erreurs sur des schémas de la circulation sanguine ». On a là une situation, indiquée comme complexe, où les élèves sont confrontés à deux explications possibles sur lesquelles ils doivent réfléchir.

29On peut donc dire qu’il leur est demandé de faire montre de pensée critique. Cette incitation est certes un peu limitée par le tableau fourni des concentrations en dioxygène et en glucose en amont et en aval des deux organes figurés sur les schémas, ce qui canalise par trop l’argumentation et le « bon choix » ; d’autant plus que, sur les deux schémas, figurent des couleurs, rouge et bleu, conventionnelles pour signaler sang « riche » et « pauvre » en dioxygène.

  • 14 Le métabolisme de molécules azotées est ici volontairement simplifié.

30Prenons, pour comparaison, une situation travaillée (Orange & Orange, 1995) avec des élèves de première scientifique (élèves de 16 ans), sur la circulation sanguine. Ils viennent d’étudier la circulation du point de vue de la respiration ce qui s’est traduit par le schéma suivant (figure 3). La classe se met d’accord sur les besoins des muscles : outre le dioxygène, le sang doit leur apporter des nutriments ; et prendre en charge non seulement le dioxyde de carbone produit par la respiration cellulaire mais aussi des déchets azotés (de type urée), issus du métabolisme des protides14. Les organes impliqués, tube digestif pour l’entrée des nutriments, reins pour l’élimination des déchets azotés, sont identifiés ce qui semble clair pour tous les élèves. Il s’agit maintenant d’expliquer comment tout cela fonctionne en complétant le schéma en conséquence ; il leur est indiqué qu’ils peuvent le modifier comme ils le souhaitent, ajouter les vaisseaux sanguins nécessaires, changer si besoin le trajet de ceux qui figurent déjà, etc. Les productions seront ensuite discutées.

Fig. 3 : le schéma de la circulation sur lequel ont travaillé les élèves (1re S)

Fig. 3 : le schéma de la circulation sur lequel ont travaillé les élèves (1re S)

31En premier examen, cette situation – bien que plus ouverte que celle du manuel présentée plus haut (les élèves doivent transformer un schéma, puis en discuter et pas seulement faire une analyse critique très guidée de deux schémas) – semble conduire à travailler le même problème : le positionnement en série ou en parallèle des organes dans la circulation. Or, il n’en est rien. Dans les schémas proposés à la critique des élèves de cycle 4 (manuel), les organes disposés ne sont pas distingués (organe 1, organe 2) et sont censés être fonctionnellement équivalents ; dans la question posée aux élèves de première S, les organes à positionner (muscle, tube digestif, reins) ont des fonctions de nutrition bien identifiées et différentes.

32Cette situation, qui a été proposée dans plusieurs classes de 1re et dans des classes d’étudiants préparant le concours de professeur des écoles, donne toujours le même résultat : les élèves mettent en série, et dans cet ordre, tube digestif, muscle, rein (exemple en figure 4).

Fig. 4 : un exemple de production d’élèves (1re S)

Fig. 4 : un exemple de production d’élèves (1re S)

33Laissons provisoirement de côté la question d’un biais introduit par la situation (les élèves n’auraient pas osé modifier trop fortement le schéma initial ?). Les élèves développent peu de critiques sur les différentes propositions faites dans la classe, car elles sont toutes semblables, alors qu’elles ne correspondent pas au schéma retenu par les scientifiques (figure 5). Leurs schémas leur semblent pertinents : le sang après s’être chargé de dioxygène (poumons) passe le long du tube digestif pour capter des nutriments ; il apporte le tout aux muscles et repart avec des déchets azotés et du CO2 qu’il dépose respectivement dans les reins et dans les poumons. Il s’agit d’une forme d’explication séquentielle, en « mise en histoire », bien identifiée en sciences, notamment pas les didacticiens de la physique (Viennot, 1993, 1996).

Fig. 5 : un schéma de la circulation sanguine scientifiquement admis

Fig. 5 : un schéma de la circulation sanguine scientifiquement admis

34L’enseignant met alors les élèves devant le schéma de la figure 5 en leur demandant s’ils pensent que cela peut fonctionner ainsi. Ils pensent que non et le critiquent sur plusieurs points :

35Tout d’abord pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple : principe de simplicité donc. L’argument est intéressant car souvent cité (rasoir d’Ockham ou principe de parcimonie) comme un principe essentiel de « l’esprit critique » ; voir par exemple la fiche « développer l’esprit critique » du manuel Hatier enseignement scientifique 1re, 2019, p. 15 : « face à plusieurs hypothèses conservons d’abord la plus “simple” ». Or un tel principe ne vaut qu’autant que toutes les contraintes ont été prises en compte, ce qui n’est jamais donné dans l’étude d’un système un tant soit peu complexe comme on en rencontre dans le domaine des SVT. Ici les élèves ne prennent en compte ni la question de l’approvisionnement en oxygène de tous les organes, ni les questions hémodynamiques. Dans ce cas, ils ne comprennent pas l’intérêt pour les nutriments de faire tout un tour pour arriver aux muscles.

36Le deuxième argument porte sur les déchets azotés : le fait que ces déchets ne soient pas éliminés le plus vite possible, mais qu’ils se promènent dans tout le corps, leur pose un gros problème ; la connotation négative des déchets joue à plein, tout comme le ressenti de l’importance de préserver le corps. Notamment ces déchets vont passer par le cœur, qu’ils veulent bien réduire à un muscle mais pour lequel ils gardent une certaine considération. On retrouve ici, comme dans le cas précédent, le rôle des intelligibles fondamentaux dans le travail critique.

37Dernier argument, intéressant par ce qu’il précise le type d’explication disponible chez ces élèves : supposons, disent-ils, que les déchets azotés fassent, dans le sang, le tour par le cœur (cœur droit), les poumons et encore le cœur (cœur gauche), lorsqu’ils arrivent à la bifurcation entre l’aorte et l’artère rénale (celle qui va vers les reins) comment savent-ils qu’ils doivent emprunter cette artère rénale et pas poursuivre dans l’aorte ?

38Ces critiques adressées au schéma scientifiquement accepté de la circulation sanguine, du point de vue de la nutrition, montrent plusieurs choses :

39La question du biais évoquée plus haut (les élèves n’osant pas trop modifier le schéma initial) ne tient pas ; plus exactement, si biais il y a, il n’est pas suffisant pour expliquer les productions des élèves.

40Les élèves sont capables de développer une pensée critique sur la circulation sanguine, puisqu’ils critiquent le schéma qui leur est proposé, mais ils le font avec les modes d’explication dont ils disposent et qu’ils partagent : des explications sous forme de « petites histoires » qui s’appuient sur ce qui sont pour eux des évidences, des intelligibles fondamentaux : l’idée d’un sang « pur » de tout déchet qui doit irriguer les muscles et le cœur. Ils sont donc dans l’impossibilité, à ce stade, de penser de façon systémique le fonctionnement de l’organisme. Lorsque l’enseignant leur dit que le schéma qu’ils critiquent est celui admis par les scientifiques, cela les met en difficulté : ils ne comprennent pas comment cela est possible. Il les amène à questionner en quoi le fait que du sang qui arrive au muscle contienne de l’urée est problématique et doit leur proposer un autre discours explicatif. Par exemple : « il existe un seuil de concentration des déchets azotés dans le sang en dessous duquel ils ne sont pas toxiques et ne gênent aucunement le fonctionnement de l’organisme. Supposons qu’à un moment nous soyons en dessous de ce seuil. Si, à tout instant, les reins extraient du sang qui passe par eux au moins autant de déchets azotés que l’ensemble des organes en produisent, alors on reste sous le seuil et tout va bien ». Le schéma « en parallèle » ne peut être compris que dans une explication qui ne sépare pas dans le temps les différents phénomènes de la nutrition.

  • 15 Cela vaut également pour le flux de matière dans les écosystèmes.

41Il y a donc nécessité d’amener les élèves, tout au long de leur parcours de SVT, à dépasser les explications en petites histoires pour des approches plus systémiques, de type ici « modèle à compartiments » (Orange, 1997) : c’est une condition pour qu’ils puissent développer une activité critique face non seulement aux problèmes de nutrition15 et au concept de milieu intérieur, mais aussi sur les questions de communications hormonales, par exemple voir Rumelhard (1987), etc.

42Comme dans le premier cas, c’est l’analyse critique d’explications qui fait avancer le travail du problème, avec un questionnement de type : « comment est-ce possible » ? Ici la diversité des solutions a dû être apportée par l’enseignant et accompagnée, dans un second temps, d’un étayage fort pour aider la classe à admettre une autre forme de raisonnement et donc d’explication. On retrouve l’importance de la critique des possibles mais pour qu’elle soit efficace dans la problématisation et l’identification de nécessités, ces possibles doivent être, non pas acceptés, mais compris et recevables.

43Ce cas montre, comme le précédent, la dépendance de la pensée critique aux modes de raisonnement et d’explication disponibles pour les élèves. En termes de CAP, cela revient à dire que la construction des problèmes en SVT et l’accès à des savoirs critiques dépend des registres explicatifs. Et donc que l’accès à de nouvelles formes d’explication est un enjeu majeur dans un domaine (SVT) qui étudie des systèmes ayant une réelle complexité et une condition de possibilité du développement de la pensée critique dans ce domaine de savoirs.

44Apparaît donc le lien fort entre problèmes, pensée critique et savoirs. Notons à ce sujet que le schéma de la figure 5 est proche de celui donné dans le bilan du manuel dont nous avons présenté la situation sur la circulation sanguine : autrement dit, dans ce manuel, la solution donnée (bilan) ne correspond pas au problème proposé aux élèves et n’a pas pu faire l’objet d’une véritable analyse critique par eux.

4. Troisième cas : le renouvellement moléculaire dans les systèmes vivants, au lycée

  • 16 Notons que cela vaut pour les différents niveaux d’organisation : cellules, organismes, écosystème (...)
  • 17 On pourrait discuter du cas des molécules d’ADN. Par les divisions cellulaires et par les réparati (...)

45Ce troisième cas porte sur un point fondamental en biologie : les systèmes biologiques se caractérisent par une stabilité plus ou moins longue dans leur organisation alors que les molécules les composant sont en perpétuel renouvellement. Thom (1983, p. 159) traduit ainsi ce qu’il considère comme l’aporie fondatrice de la biologie : « rendre compte de la relative stabilité des formes des êtres vivants en dépit du flux continuel de molécules qui les composent »16. Cette question est, d’une certaine façon, une généralisation du problème rencontré avec la circulation dans le cas précédent, puisqu’il s’agit de penser un système biologique, mais avec une complication supplémentaire : la nécessité de ne pas distinguer entre ce qui dure et ce qui se renouvelle : tout se renouvelle17. On peut remarquer qu’alors qu’elle n’était pas explicitement au programme, cette question fondamentale du renouvellement était traitée dans certains anciens manuels (exemple : Hatier 1re S, 1982, p. 134 et suiv.), puis elle a été explicitement au programme de 1re S en 1992, pour ensuite totalement disparaître de l’enseignement secondaire français.

  • 18 À ce stade du travail, le schéma n’est pas complet : manquent les flèches qui vont des gMO vers le (...)

46Ce cas concerne des élèves d’une classe de première S (23 élèves) qui ont réfléchi individuellement puis en binômes au fonctionnement d’une cellule animale (Orange Ravachol, 2003 ; Bruguière & Orange Ravachol, 2022). La confrontation des travaux a permis de débuter le schéma de la figure 7 donnant une vue globale du fonctionnement de l’organisme et d’une cellule quelconque de cet organisme18. Si le contenu de ce schéma résume les processus (respiration et synthèses cellulaires) que les élèves ont développé, le type de schématisation est choisi par la professeure. Le but est de se dégager de la représentation classique « circulation sanguine/cellules ou organes » qui favorise un raisonnement séquentiel pour une modélisation se rapprochant d’un modèle « compartimental » (Orange, 1997).

47Ce schéma n’est pas encore complet : il a été convenu avec les élèves de poursuivre sa construction au fur et à mesure. C’est ainsi que l’étude suivante est entreprise. La professeure demande à la classe d’expliquer l’évolution de la radioactivité des protéines hépatiques de rats contenant des acides aminés radioactifs (figure 6) : « Des rats adultes, dont la masse est constante, reçoivent au temps 0 un repas équilibré contenant des acides aminés marqués au 14C (C *). La radioactivité des protéines hépatiques est ensuite mesurée. Expliquez l’évolution de la radioactivité des protéines hépatiques de rats contenant des AA * ».

48Cette étude aboutit à la notion de renouvellement moléculaire : les grosses molécules organiques (gMO ; dans le cas illustré par la figure 6 : les protéines du foie) ne sont pas permanentes et redonnent régulièrement des petites molécules organique (pMO). Le schéma est alors complété : sont ajoutées une flèche dans le sens gMO vers pMO et sels minéraux, avec la libération d’énergie correspondant ; une flèche de sortie de sels minéraux de la cellule ; une flèche de sortie de l’eau de la cellule ; une flèche de sortie de pMO de la cellule.

Fig. 6 : document proposé aux élèves pour travailler la question du renouvellement moléculaire dans les cellules

Fig. 6 : document proposé aux élèves pour travailler la question du renouvellement moléculaire dans les cellules

Fig. 7 : le schéma final rendant compte du métabolisme d’une cellule et du renouvellement moléculaire (Orange, 1997).

Fig. 7 : le schéma final rendant compte du métabolisme d’une cellule et du renouvellement moléculaire (Orange, 1997).

pMO = petites molécules organiques (acides aminés, hexoses, acides gras…). gMO = grosses molécules organiques (protéines, glycogène, triglycérides…)

49Après ce travail de la classe, deux élèves (Sophie et Jessica) ont sollicité un entretien avec la professeure, ce qu’elles justifient par les difficultés qu’elles éprouvent à faire fonctionner seules le schéma. Avec leur accord, cet entretien a été enregistré.

50Jessica (J) et Sophie (S) n’arrivent plus à bien faire fonctionner le modèle de cellule travaillé en cours, une fois qu’il a été complété (figure 7). Elles ont pourtant demandé l’aide et l’avis de plusieurs de leurs camarades. Voici ce qu’elles disent au début de l’entretien (P est l’enseignante) :

10 S : On va tourner, ça fait des gMO, ça se casse et ça refait des mêmes pMO ? C’est les mêmes pMO qui se refont ?
11 P : Oui, que celles qui ont servi, oui.
12 S : Mais alors à quoi ça sert de les faire ? Puisque elles font, elles se refont elles se cassent et ça forme les mêmes pMO… et ces pMO là, après elles partent ?

51Une incompréhension donc de ces transformations dans les deux sens entre pMO et gMO.

52Nous relevons aussi chez Sophie, qui s’exprime davantage, l’adoption récurrente d’une mise en histoire simple, comme le montre l’intervention suivante :

31 S : Donc en fait, de toute façon, c’est la respiration cellulaire qui se fait en premier parce que pour faire des gMO, y-a besoin d’énergie. Donc quelque part, y-a besoin qu’au départ, il y ait eu de la respiration qui se soit faite.
32 J : Oui.

53Pour Sophie (et Jessica semble la suivre) :

  1. Dans un premier temps, la respiration se déroule et produit de l’énergie ;
  2. Dans un deuxième temps, il y a synthèse de grosses molécules organiques (gMO) grâce à cette énergie.

54Le raisonnement est de type linéaire causal (Viennot, 1996).

55La suite de la discussion se traduit surtout par des échanges entre Jessica et Sophie, la professeure restant le plus souvent en retrait. Les deux élèves établissent que les petites molécules organiques (pMO) qui servent dans la respiration sont définitivement « perdues » et que certaines pMO peuvent être enrôlées plusieurs fois dans le cycle construction/démolition de grosses molécules organiques (gMO) ou entrer définitivement dans la respiration. Les deux élèves échafaudent ainsi des possibles de devenirs moléculaires.

51 S : Ben oui, mais c’est les mêmes ! Puisque je veux dire que quand tu fais des pMO, quand tu casses, quand elles se cassent… Enfin, quand elles se rassemblent ça fait des gMO et quand elles se cassent ça fait les mêmes pMO… C’est un cycle sans fin en fait c’est toujours les mêmes pMO qui serviraient, je sais pas, je trouve
52 J : Mais non, parce que les pMO qui servent à la respiration, y-en a plus après ! Donc les pMO qui servent avec l’énergie pour moi c’est celles qui vont…

56Mais cela n’écarte pas totalement la mise en séquence de l’explication (c’est nous qui soulignons) :

53 S : Donc, en fait, c’est bien ça qui se produirait en premier la respiration.
54 J : Oui, euh
55 S : Donc à l’origine tu manges des pMO, les pMO s’en vont directement avec l’O2 elles font l’énergie et t’as d’autres pMO qui arrivent pour…
56 J : Pour faire des gMO et qui redonnent des pMO et
57 S : Donc c’est bien ça y-a des pMO qui servent à la respiration et il y a des pMO qui servent à faire des gMO.

57Les élèves font donc mention de trois difficultés fort imbriquées dans la compréhension du schéma :

  • leur besoin de séquentialiser des processus (libération d’énergie puis synthèse de gMO) ;
  • leur besoin d’identifier les pMO en les distinguant selon leur devenir (gMO ou respiration) ; ce qui est conforté par l’ambiguïté de l’expression « les mêmes pMO » : les mêmes types de molécules ou les mêmes molécules ?
  • cela s’ajoute à la critique pointée dès le départ : elles ne comprennent pas l’intérêt de former des gMO pour « ensuite » les « casser » ; ce qui les empêche d’entrer dans des explications en termes de « pool » et de flux permanent de matière.

58Un peu plus tard, la simultanéité des processus est envisagée par les deux élèves, mais il reste toujours la question du « début », du point de départ :

136 J : Ça fonctionne tout en même temps.
137 S : Ben oui je pense aussi. À l’origine il a dû y avoir la respiration au début autrement il n’y aurait pas eu d’énergie et maintenant ça doit tout se faire en même temps.

59La séquentialisation des deux processus est remplacée par un renvoi aux origines : le démarrage du fonctionnement de ce système ne peut se comprendre qu’avec une antériorité de la respiration sur les synthèses de grosses molécules organiques, de façon à avoir une « avance » d’énergie.

152 S : Mais à l’origine ce que je me demande, c’est à l’origine, s’il y a eu ça en premier s’il y a eu la, forcément il y a eu besoin d’énergie au début.
153 J : Oui, ben, il devait y en avoir avant.
154 S : Oui c’est ça je suppose qu’il devait y avoir de l’énergie qui traînait par-là autrement c’est trop compliqué.

60La « mise en histoire » n’est donc qu’en partie abandonnée ; elle est simplement repoussée « à l’origine » de façon à pouvoir comprendre le schéma.

61Comme dans le cas précédent, les élèves font montre de capacités critiques en n’acceptant pas de prendre tel quel le schéma final dont elles ne comprennent pas le fonctionnement. On pourrait discuter le fait d’assimiler non-compréhension et travail critique sur une explication apportée par l’enseignant (deuxième cas) et même validée par lui (ce cas-ci). Il est clair que joue ici le contrat didactique. Selon nous, dans la mesure où la non-compréhension des élèves est argumentée, dans l’analyse des points qu’elles ne comprennent pas, il est bien question de pensée critique. Quant au contrat didactique, il est intéressant de noter que, au moins pour ces deux élèves, il n’a pas empêché ce travail d’analyse.

62D’une certaine façon on peut dire que si Jessica et Sophie n’avaient pas fait preuve de pensée critique, leur compréhension du fonctionnement d’un système biologique serait restée fort limitée (qu’en est-il des autres élèves de la classe ?). Du point de vue de la problématisation et de la construction de savoirs raisonnés, le travail critique n’a pas seulement comme résultat le repérage d’impossibilités et de nécessités (premier cas), il est aussi indispensable pour accéder à de nouveaux possibles explicatifs. Même si leur explication est encore en partie séquentielle lorsqu’elles introduisent la question du commencement, elles sont entrées dans une forme de raisonnement de types « stabilité structurelle » indispensable pour penser et donc mener une analyse critique sur les systèmes biologiques.

5. Quatrième cas : des lycéens face à un problème de géologie historique

63Les sciences de la vie et de la Terre sont à la fois des sciences fonctionnalistes et des sciences historiques dans lesquelles les formes d’explication, donc leur analyse critique, ont des spécificités. Alors que dans la biologie et la géologie fonctionnaliste, la pensée critique doit le plus souvent se développer en rupture avec les explications sous forme de petites histoires pour envisager des possibles explicatifs mettant en jeu des systèmes complexes, biologie et géologie historiques doivent dépasser ces petites histoires pour la construction d’une histoire s’appuyant sur des traces et prenant en compte un temps long, et même un temps profond constructeur de phénomène nouveau (Orange Ravachol, 2012).

64Le dernier cas proposé ici à la discussion concerne un problème de géologie historique : la formation de chaînes de montagne. Plus précisément il s’agit d’un travail avec des lycéens sur l’explication de la mise en place des ophiolites dans les Alpes. Les ophiolites sont un assemblage de roches magmatiques (basaltes en coussins, gabbros, péridotites plus ou moins serpentinisées) que complètent des sédiments siliceux appelés radiolarites. Dans le cadre de la théorie de la tectonique des plaques, les scientifiques les considèrent comme des « fragment(s) de lithosphère océanique (croûte et manteau) mis en place sur un continent et souvent pincé(s) dans une chaîne de montagnes » (Nicolas, 1999, p. 189).

65Dans ce quatrième cas, on demande à des élèves de première scientifique, qui ont antérieurement travaillé sur des figures tectoniques possibles (failles normales, failles inverses, plis, etc.), de s’appuyer sur deux documents (figure 8) pour répondre individuellement à la question : « En utilisant vos connaissances et les documents 1 et 2, racontez l’histoire des ophiolites du Chenaillet depuis leur formation jusqu’à aujourd’hui » (Orange Ravachol, 2012).

Fig. 8 : document servant de support au travail sur la mise en place des ophiolites

Fig. 8 : document servant de support au travail sur la mise en place des ophiolites

66Si les élèves reconnaissent pratiquement tous, en se référant aux laves en coussins, qu’il y a là trace du fonctionnement d’une ancienne dorsale, leurs productions, textes et schémas, expliquant comment on en est arrivé là, sont des mises en histoire variées mais relativement simples (exemples en figures 9-A et 9-B) alors que les géologues font appel à une tectogenèse compliquée et de grande ampleur (chevauchements et charriages).

Fig. 9-A : production d’élèves de 1re S sur la mise en place des ophiolites

Fig. 9-A : production d’élèves de 1re S sur la mise en place des ophiolites

Sur la coupe du mont Chenaillet, on remarque la composition de la roche pour différentes couches qui formaient la lithospère du plancher océanique. Maintenant que cette roche n'est plus recouverte d'eau, on différencie les couches, mais se pose le problème : pourquoi n'observe-t-on pas entre le basalte en coussins et la péridotite, du gabbro ? Si par exemple il y a avait eu subduct° :
Peut être que par la force de compression lors de la subcuction la péridotite a pris la place du gabbros.

Fig. 9-B : production d’élèves de 1re S sur la mise en place des ophiolites

Fig. 9-B : production d’élèves de 1re S sur la mise en place des ophiolites

Une confrontation entre deux parties de plancher océanique peut se dérouler ainsi :
Cette très forte compression fait onduler la roche petit à petit et provoque des cassures au niveau de chaque couche :
Les « blocs » brisés de chaque roche deviennent de plus en plus indépendants et le mouvement continu de compression les oriente alors plus facilement.

67Les productions des élèves sont variées, mais rien ne semble les cadrer : les élèves ont une grande difficulté à étudier de manière critique toutes les explications proposées par leurs pairs et à développer des arguments sur les unes ou sur les autres ; tout ce qui est proposé semble possible. Nous sommes là dans un cas différent des précédents où les élèves soit argumentaient sur les productions de leurs pairs, soit produisaient des explications semblables et étaient critiques sur les explications proposées par l’enseignant.

68La raison de la singularité de ce cas apparaît dans la réponse à la question qui leur a été posée en même temps que la première, sur les documents de la figure 8 : « quelles difficultés avez-vous eues pour répondre à cette question ? ». C’est aussi bien la structure actuelle du Chenaillet que la possibilité d’imaginer comme cela a pu se produire qui les perturbent. Voici quelques réponses à cette deuxième question :

« Pourquoi n’a-t-on pas une disposition comme celle-ci, c’est-à-dire horizontale. Ce problème bloque "complètement" mon raisonnement »
« Le document 1 [est] assez illogique en raison de la récurrence de la présence de pillow lavas au milieu et à droite »
« La péridotite en dessus des pillow lavas […]. J’ai du mal à envisager comment un tel phénomène peut avoir lieu »

69Les élèves ont beaucoup de mal à penser comment cela est possible alors qu’ils ont repéré qu’il s’agit d’expliquer cette configuration en altitude d’un ensemble de roches formées dans un océan. Cela tient probablement en partie à la difficulté à se représenter le terrain présent dans les documents à partir d’une photo et d’une coupe, mais surtout à penser des mouvements importants, compliqués et un temps long. Ce serait, par exemple, penser possible un charriage, phénomène dont on sait la difficulté qu’il a eu à s’imposer aux géologues au tournant du XIXe et du XXe siècle (Gohau, 1987, p. 199-200 ; Ellenberger, 1994, p. 317, 331) tant cela paraissait, comme pour les élèves aujourd’hui, « incroyable ». Le contrat didactique les pousse donc à proposer quelque chose, une petite histoire, qu’ils ne peuvent pas vraiment justifier et donc qui ne leur permet pas de discuter des productions des autres. L’entrée dans une explication mobilisant un temps long en se référant à des phénomènes actuels (principe méthodologique de l’actualisme : Orange Ravachol, 2012) est particulièrement difficile, ce qui ne leur permet pas de développer une pensée critique au sujet d’un problème qui leur échappe.

70Dans ce cas, contrairement aux cas précédents, les élèves n’entrent pas totalement dans le problème ; ils n’en imaginent pas vraiment une solution qu’ils peuvent justifier, même éloignée de ce que proposent les géologues ; seul le contrat didactique les conduit à fournir une explication qu’ils n’assument pas. Ils sont donc démunis pour développer des analyses critiques.

6. Discussion et prolongements

71Le choix fait ici a été de ne pas réduire l’étude de la pensée critique des élèves à leurs décisions de croire ou de faire quelque chose mais d’analyser comment elle intervient, et à quelles conditions, dans la construction des savoirs scientifiques comme ils sont définis par le CAP. Dans ce cadre, en effet, le travail critique est nécessaire pour accéder à ces savoirs. Cependant nous avons vu que ce travail critique des solutions possibles est limité par les formes de raisonnement disponibles pour les élèves et leurs intelligibles fondamentaux (Toulmin, 1973). Ainsi, comme l’ont montré les recherches didactiques (Viennot, 1993 ; Orange & Orange, 1995), les élèves construisent régulièrement des explications sous forme de mises en histoire qui, souvent, ne permettent pas de rendre compte du fonctionnement des systèmes biologiques et géologiques. Dans les études menées ici plusieurs cas de figures ont été identifiés :

  • dans le cas de la nutrition en fin de primaire, l’analyse critique des différentes productions de et par la classe permet de mettre au travail des nécessités ; mais celles-ci reposent sur la distinction, évidente, pour les élèves, entre bons et mauvais aliments (raisonnement intra-objectal) ;
  • dans l’étude de la circulation sanguine en classe de première, la mise en histoire s’accompagne d’une nécessité évidente pour les élèves : la « purification » du sang avant qu’il irrigue cœur et muscles. Ce qui les conduit à critiquer une explication différente proposée par l’enseignant qui ne respecte pas cette nécessité. Cette critique est cependant une condition pour qu’ils comprennent dans un second temps le principe d’un modèle plus systémique ;
  • en ce qui concerne le renouvellement moléculaire, l’incompréhension première, par les deux élèves, du schéma compartimental vient de leurs raisonnements en mise en histoire et du fait qu’il leur semble aller de soi qu’une construction (ici de gMO) n’a pas de sens si c’est pour aussitôt la « démolir ». Là aussi, cette incompréhension argumentée, si elle ne conduit pas nécessairement à une explication du fonctionnement du système, en est une condition de possibilité.
  • le dernier cas, en géologie historique, est certainement le plus problématique : le manque de repères n’empêche pas les élèves de proposer des explications variées mais peu raisonnées, ce qui rend quasi impossible leur critique.

72Du point de vue du CAP, ces limitations de la pensée critique des élèves par les savoirs ne peuvent pas conduire à l’idée qu’il faudrait d’abord faire accéder les élèves aux savoirs scientifiques puis les leur faire mobiliser pour un travail critique. Dans ce cadre en effet, les savoirs à construire sont des savoirs critiques, fortement liés au travail des problèmes et donc à l’exploration et à la délimitation du champ des possibles : développement de la pensée critique et construction de savoirs sont donc indissociablement liés. Ce qui ne veut pas dire que les problèmes didactiques qui en découlent sont simples. Les cas étudiés donnent cependant, comme nous l’avons vu, quelques pistes.

73Nous pouvons alors repérer, sur les cas étudiés ici, des conditions au développement conjoint des savoirs scientifiques et de la pensée critique en SVT, conditions qui ne sont pas suffisantes, que nous ne pouvons pas dire absolument nécessaires, mais au moins facilitatrices dans le cadre adopté ici :

  • l’engagement des élèves dans des problèmes explicatifs pour lesquels ils sont capables d’envisager une solution raisonnée19, c’est-à-dire qu’ils ont les moyens de défendre ; un contre-exemple est le quatrième cas sur la mise en place des ophiolites ;
  • la discussion de plusieurs solutions possibles. C’est une condition de la critique scientifique (Popper, 1985, p. 191 et suiv.). Ces solutions peuvent provenir des élèves eux-mêmes ou être apportées par l’enseignant. Les questions importantes sont alors du type : « est-ce que cela peut fonctionner ainsi ? » ; « comment est-ce possible ? » ; « peut-on envisager une autre explication ou solution ? » ;
  • dans les cas où l’enseignant doit contribuer à la diversité des solutions discutées par la classe, la critique ou l’incompréhension première et argumentée des élèves de solutions scientifiquement pertinentes est un passage important. Exercer la pensée critique, c’est aussi buter sur des explications et tenter de comprendre pourquoi on ne les comprend pas. « L’essence même de la réflexion, c’est de comprendre qu’on n’avait pas compris » (Bachelard, 1934, p. 174).

74Ces conditions ne garantissent pas l’accès des élèves à des savoirs et à une pratique critique plus conformes aux savoirs scientifiques ; mais les éviter rend très incertain, du point de vue du CAP, cet accès, car les élèves en resteront au mieux à des « savoirs que » (assertoriques) et non à des savoirs raisonnés, outils indispensables pour une pensée critique sur d’autres explications qui leur seraient proposées (voir l’éloge des théories fausses que fait Lévy-Leblond, 1984).

  • 20 Il s’agit d’un manuel français de seconde 2010 (Belin), donc dédié à un ancien programme. Des docu (...)

75Nous terminons cette discussion par ce qui peut être un contre-exemple au développement conjoint des savoirs et de la pensée critique, si on ne l’interroge pas. Il est tiré d’un manuel20. Rappelons ce que nous avons écrit plus haut : il ne s’agit ni de dire que ce cas est représentatif, ni de faire la critique des auteurs, mais de s’en servir de contre-exemple pour prolonger la discussion sur les conditions et la nécessité d’un travail critique en classe de SVT.

76Ce cas correspond à un document et à une question (figure 10) portant sur ce document qui font partie d’une double page intitulée « Exercice physique et lutte contre l’obésité ».

77Fig. 10 : un document de manuel et une question s’y rapportant

78Si les élèves (et l’enseignant) prennent la question et le document sans les critiquer, le travail se résume à une lecture de courbe : 65 % de VO2max est la valeur de l’intensité de l’effort qui correspond au maximum d’utilisation des lipides. Prise ainsi, la question ne présente aucune difficulté et ne conduit ni à travailler un problème biologique, ni à une activité critique. Pourtant plusieurs questionnements peuvent venir, des élèves ou de l’enseignant, si on ne s’en tient pas à la réponse convenue et donc si on tente d’autres solutions et qu’on les analyse de manière critique. Nous en proposons quelques-uns.

79Le graphique est donné par unité de temps (J.kg-1.min-1) : l’ordonnée correspond donc à une puissance et non à une énergie. Si je fournis un effort à 45 %, puis-je le tenir plus longtemps qu’à 65 % ? Et au total quelle sera la quantité de « graisses » utilisée ? Peut-on alors envisager une autre solution que celle que semble fournir de manière évidente le graphique ?

80Lorsque l’on va au-delà de 65 % de VO2max (l’organisme est toujours essentiellement en aérobie), le graphique indique que moins de puissance est fournie par les lipides mais davantage par les glucides. Mais d’où viennent ces lipides ? D’où viennent ces glucides ? Y a-t-il un lien dans l’organisme entre réserves de glucides et de lipides ? Si je consomme beaucoup de mes réserves glucidiques, ne seront-elles pas renouvelées à partir des lipides, lors ou à la suite de mon effort ? Quelles conséquences pour une autre solution ?

  • 21 Le quotient respiratoire d’un système biologique est le quotient CO2 produit/O2 consommé (en volum (...)

81Avec ces questionnements, on commence à faire de la biologie. Une autre question vient alors : que représentent ces données ? Comment les a-t-on obtenues ? A-t-on directement mesuré ce qui « sortait » des réserves lipidiques et glucidiques ? Le pourcentage de VO2max passe certainement par la mesure de l’intensité respiratoire (quantité d’O2 consommée par unité de temps), les valeurs de la puissance totale aussi (d’où la linéarité de la courbe totale ?). Mais la proportion lipides/glucides, comment l’établit-on ? Comprendre ce graphique, c’est nécessairement passer par des problèmes de métabolisme. Utilise-t-on ici le quotient respiratoire21 de l’organisme ? Que représente-t-il ?, etc.

82On voit que l’étude du même document peut aller d’une réponse évidente à une question simple, ce qui évite de faire de la biologie et de penser, à des questions qui conduisent à d’autres réponses, engagent une pensée critique et conduisent au travail de problèmes mettant en jeu des savoirs biologiques importants.

Conclusion

83Dans le cadre de l’apprentissage par problématisation, il n’est pas possible de distinguer pensée critique et savoirs, ceux-ci étant considérés comme constitués par des problèmes et donc par l’exploration et la délimitation du champ des possibles. Les savoirs sont alors vus comme des savoirs critiques, c’est-à-dire des savoirs qui sont construits par un travail critique de solutions possibles et qui ouvrent des capacités pour une pensée critique d’autres solutions. La pensée critique, ou le travail critique si l’on préfère, est la condition d’existence de ces savoirs et ce qu’ils permettent. Tout se tient.

84Apprendre en SVT revient alors à se confronter à des problèmes et à les travailler, c’est-à-dire à tenter des explications, à les critiquer et à en critiquer d’autres. Ceci peut être illustré en référence à Popper, que l’on a souvent limité à tort au réfutationisme. Pour lui, la science commence par des problèmes (1985, p. 230, 329 ; 1991, p. 287) et la rationalité est liée à la discussion critique (Firode, 2009).

« Quand nous rencontrons un problème, il est évident que, quel qu’il soit, nous ne pouvons pas en savoir grand-chose. Au mieux, nous n’avons qu’une vague idée de ce en quoi il consiste réellement. Comment alors pouvons-nous élaborer une solution adéquate ? À l’évidence nous n’en sommes pas capables. Nous devons tout d’abord acquérir une connaissance plus familière du problème. Mais comment ? Ma réponse est très simple : en élaborant une solution inadéquate, puis en la critiquant. C’est seulement de cette manière que nous serons en mesure de parvenir à comprendre le problème. Car comprendre un problème, cela veut dire comprendre ses difficultés ; et comprendre ses difficultés, cela veut dire comprendre pourquoi il n’est pas facile à résoudre – pourquoi les solutions les plus évidentes ne marchent pas » (Popper, 1991, p. 390-391).

85Ce lien fort entre savoirs et pensée critique, que nous avons mis en avant dans le cadre de l’apprentissage par problématisation, ne signifie pas du tout que l’« esprit critique » est condamné à n’être qu’une compétence locale. Nous pouvons prendre l’exemple de la distinction entre corrélation et causalité qui peut se travailler, notamment, à partir de questions d’épidémiologie (Coquidé, Lange & Tirard, 2006) mais aussi dans d’autres champs de savoirs et dont la force critique dépasse tel ou tel domaine. Nous avons vu également que la critique des explications sous forme de petites histoires est une condition pour accéder à des analyses scientifiques des systèmes, en SVT comme en sciences physiques ; et cela vaut aussi pour les sciences historiques et peut-être pour la technologie, les sciences économiques, etc. Si le développement des savoirs et des compétences critiques ne peut, dans le cadre retenu ici, se dissocier, cela n’obère pas la participation du travail dans un domaine de savoirs à un développement plus large de la pensée critique.

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Enseignement scientifique 1re (2019). Hatier.

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Notes

1 Par la suite, nous utiliserons plutôt « pensée critique » ou « travail critique » car, pour suivre Siegel (1989) pensée et travail renvoie respectivement à des capacités épistémiques et à des pratiques quand esprit concerne plutôt une attitude ou un habitus, ce qui n’est pas l’objet de cette contribution.

2 https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Actu_2016/31/3/a_l_ecole_de_l_esprit_critique_680313.pdf. Ce document n’est actuellement (septembre 2022) plus directement accessible sur ce site.

3 https://eduscol.education.fr/1664/programmes-et-ressources-en-sciences-de-la-vie-et-de-la-terre-voie-gt (consulté le 22 septembre 2022).

4 http://www.enseignement.be/index.php?page=28597&navi=4920#documents (consulté le 22 septembre 2022).

5 « Réflexion raisonnable axée sur la décision de croire ou de faire quelque chose » (notre traduction).

6 https://eduscol.education.fr/document/621/download (consulté le 20 février 2023).

7 « Inquiry and argument can be regarded as twin pillars of skilled thinking, replacing the more generic critical thinking label ».

8 https://eduscol.education.fr/document/25336/download (consulté le 20 février 2023).

9 Sur l’importance de l’activité critique dans la construction des savoirs scientifiques, voir Popper, 1991, notamment : p. 64-65 et p. 85-87.

10 Il s’agit de recherches collaboratives à visées phénoménogénétiques : voir Orange & Orange Ravachol, 2019.

11 « Pour être recevable, une explication doit démontrer que les événements auxquels elle s’applique constituent des cas particuliers ou des combinaisons complexes de nos types intelligibles fondamentaux ».

12 Le même phénomène est repéré dans un corpus en classe de troisième par Yann Lhoste (2005) : une élève, Maeva, tente d’introduire, avec plus d’insistance que Daphnée ici, l’importance de la taille dans le tri. Elle n’est pas suivie par la classe.

13 Le cycle 4 concerne des élèves de 12 à 15 ans.

14 Le métabolisme de molécules azotées est ici volontairement simplifié.

15 Cela vaut également pour le flux de matière dans les écosystèmes.

16 Notons que cela vaut pour les différents niveaux d’organisation : cellules, organismes, écosystèmes.

17 On pourrait discuter du cas des molécules d’ADN. Par les divisions cellulaires et par les réparations nombreuses que subissent ces molécules, elles se renouvellent aussi mais certainement selon un flux moins important que les molécules du métabolisme.

18 À ce stade du travail, le schéma n’est pas complet : manquent les flèches qui vont des gMO vers les pMO et vers les sels minéraux ; ainsi que les flèches de sortie de la cellule de l’eau, des pMO, des sels minéraux. Ce premier schéma est donc encore très « orienté ».

19 Ce qui n’oblige aucunement que ces solutions soient scientifiquement valides.

20 Il s’agit d’un manuel français de seconde 2010 (Belin), donc dédié à un ancien programme. Des documents semblables se trouvent dans des manuels de 1re d’enseignement scientifique actuels mais leur utilisation est plus ambigüe.

21 Le quotient respiratoire d’un système biologique est le quotient CO2 produit/O2 consommé (en volume ou en moles) ; selon les molécules utilisées par les respirations cellulaires, il ne prend pas la même valeur.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : la production d’un groupe de CM1-CM2 (9-11 ans) : « Comment ce que j’ai mangé peut-il me donner des forces ? »
Légende Le hamburger et les frites descendent dans un tuyau appelé l'œsophage vers l'estomac. Après certaines nourritures descendent dans le tuyau des excréments. Les autres partiront dans les tuyaux vers les muscles.
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 450k
Titre Fig. 2 : structure argumentative d’un épisode du débat sur l’affiche de la figure 1 (CM1-CM2) lors de la séance 3
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 504k
Titre Fig. 3 : le schéma de la circulation sur lequel ont travaillé les élèves (1re S)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 164k
Titre Fig. 4 : un exemple de production d’élèves (1re S)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 222k
Titre Fig. 5 : un schéma de la circulation sanguine scientifiquement admis
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 206k
Titre Fig. 6 : document proposé aux élèves pour travailler la question du renouvellement moléculaire dans les cellules
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 69k
Titre Fig. 7 : le schéma final rendant compte du métabolisme d’une cellule et du renouvellement moléculaire (Orange, 1997).
Légende pMO = petites molécules organiques (acides aminés, hexoses, acides gras…). gMO = grosses molécules organiques (protéines, glycogène, triglycérides…)
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 241k
Titre Fig. 8 : document servant de support au travail sur la mise en place des ophiolites
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 288k
Titre Fig. 9-A : production d’élèves de 1re S sur la mise en place des ophiolites
Légende Sur la coupe du mont Chenaillet, on remarque la composition de la roche pour différentes couches qui formaient la lithospère du plancher océanique. Maintenant que cette roche n'est plus recouverte d'eau, on différencie les couches, mais se pose le problème : pourquoi n'observe-t-on pas entre le basalte en coussins et la péridotite, du gabbro ? Si par exemple il y a avait eu subduct° :Peut être que par la force de compression lors de la subcuction la péridotite a pris la place du gabbros.
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 837k
Titre Fig. 9-B : production d’élèves de 1re S sur la mise en place des ophiolites
Légende Une confrontation entre deux parties de plancher océanique peut se dérouler ainsi :Cette très forte compression fait onduler la roche petit à petit et provoque des cassures au niveau de chaque couche :Les « blocs » brisés de chaque roche deviennent de plus en plus indépendants et le mouvement continu de compression les oriente alors plus facilement.
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/5201/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 1,2M
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Pour citer cet article

Référence papier

Christian Orange et Denise Orange Ravachol, « Pensée critique et savoirs en SVT : un point de vue depuis le cadre théorique de l’apprentissage par problématisation »RDST, 28 | -0001, 115-142.

Référence électronique

Christian Orange et Denise Orange Ravachol, « Pensée critique et savoirs en SVT : un point de vue depuis le cadre théorique de l’apprentissage par problématisation »RDST [En ligne], 28 | 2023, mis en ligne le 01 janvier 2024, consulté le 18 juin 2026. URL : http://journals.openedition.org/rdst/5201 ; DOI : https://doi.org/10.4000/rdst.5201

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Auteurs

Christian Orange

Université Libre de Bruxelles, CRSE, Nantes Université, CREN

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Denise Orange Ravachol

Université de Lille, CIREL-Théodile

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Droits d’auteur

CC-BY-NC-ND-4.0

Le texte seul est utilisable sous licence CC BY-NC-ND 4.0. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont susceptibles d’être soumis à des autorisations d’usage spécifiques.

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