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Démarches d’investigation : analyse des relations entre contrat et milieu didactiques

Inquiry Based Science Teaching: Analysis of the relations between the didactic contract and the didactic milieu
David Cross et Michel Grangeat
p. 155-82

Résumés

Les démarches d’investigation ont été introduites dans de nombreux pays ces dernières années. Cet article vise à contribuer à l’effort d’élaboration de catégories de description de la mise en œuvre de ces démarches d’investigation. L’analyse concerne les jeux d’apprentissage et se réfère à la théorie didactique de l’action conjointe. Quatre enseignants de collège ont été observés durant une séance fondée sur la démarche d’investigation. Les enregistrements vidéos de ces séances constituent les données principales pour cette étude. Les résultats montrent que le choix et l’analyse de la situation proposée aux élèves par l’enseignant se révèle être important pour pouvoir anticiper des ruptures de contrat et réguler la cohérence entre contrat et milieu didactique.

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Texte intégral

1Pour de nombreux pays européens ces dernières années ont été marquées par l’introduction généralisée dans les programmes scolaires des enseignements fondés sur les démarches d’investigation. Ces démarches découlent d’une longue tradition et induisent de fortes ruptures d’ordre curriculaire qui méritent d’être étudiées (Lebeaume, 2011 ; Boilevin, 2013). Cet article vise à contribuer à l’effort d’élaboration de catégories de description de la mise en œuvre de ces démarches d’investigation. Il met l’accent sur l’analyse des relations entre les facteurs tenant au contrat didactique et ceux qui ressortent du milieu. L’analyse concerne les jeux d’apprentissage et se réfère à la théorie didactique de l’action conjointe (Sensevy, 2011).

1. La double visée des démarches d’investigation

2L’ambition des démarches d’investigation est de permettre aux élèves de « faire des sciences ». Cette ambition est sous-tendue par deux objectifs, comme le montre la revue de questions menée par Boilevin (2013) : « l’enseignement des sciences fondé sur l’investigation doit permettre une meilleure compréhension de la science et un apprentissage de connaissances scientifiques par les élèves » (p. 30). D'une part, il s'agit de faire évoluer l'image que les élèves se font des sciences, en montrant une science qui se construit en suivant des procédures, des façons de faire, spécifiques. Cette idée se retrouve déclinée sous diverses dénominations : image plus riche et diversifiée des démarches scientifiques (Méheut, 2006), idées sur la nature de la science et de la communauté scientifique (Hofstein & Lunetta, 2004), démarches intellectuelles (Delfosse, 1999). D'autre part, il s'agit de favoriser l'apprentissage des connaissances scientifiques en mettant les élèves au centre des apprentissages, en les amenant « à faire », à participer à l’élaboration des connaissances qui sont l'objet de l'enseignement. Par exemple, le site de « La main à la pâte » présente cet aspect des démarches d'investigation, ainsi : « On apprend par l'action, en s'impliquant ; on apprend progressivement, en se trompant ; on apprend en interagissant avec ses pairs et avec de plus experts, en explicitant par écrit son point de vue, en l'exposant aux autres, en le confrontant à d'autres points de vue et aux résultats expérimentaux pour en tester la pertinence et la validité ».

3Cette double visée amène à des définitions contrastées. Par exemple, pour les projets européens Mind The Gap et S-TEAM (Jorde & Olsen Moberg, 2010), les démarches d'investigation sont caractérisées de manière assez large, mais elles comportent toujours au moins :
- des situations authentiques et basées sur des problèmes. Ces situations peuvent ne pas avoir de réponse correcte ;
- Des procédures expérimentales, des expériences, comprenant également de la recherche d'information ;
- Une attention au développement de l'autonomie de l'élève et aux apprentissages autorégulés ;
- Des activités d'argumentation et de communication entre les élèves.

4Dans le programme français du collège la démarche d’investigation est présentée sous la forme d'un « canevas » composé de sept moments. Mathé (2010) montre que la démarche d'investigation, telle que présentée dans le programme, prend appui sur une situation-problème et qu'elle repose sur un raisonnement hypothético-déductif : des hypothèses sont formulées en accord avec les données disponibles, ce qui permet d'en déduire des conséquences qui sont vérifiables expérimentalement. Les résultats des expériences permettent, soit de réfuter les hypothèses, soit de les valider. La définition des démarches d'investigations du programme français est donc bien plus spécifique que celle de projets européens comme S-TEAM.

5Cette variation dans la définition de ce qu'est une démarche d'investigation pourrait expliquer une diversité de positions au sein de la communauté des chercheurs à propos de l’efficacité de ces démarches. D’un côté, pour certains auteurs (Klahr & Nigam, 2004 ; Kirschner, Sweller, & Clark, 2006) l'enseignement des sciences fondé sur l'investigation est moins efficace qu'un enseignement dit « traditionnel ». À l’inverse, le travail de synthèse de Colburn (2000) réalisé sur un corpus d'articles allant des années soixante aux années quatre-vingt-dix tend à montrer que l'apprentissage dans le cas des « démarches d’investigation » est meilleur ou égal que dans le cas d'un enseignement « traditionnel ». Ces différences, pour Blanchard et al. (2010) tiennent à la manière dont les chercheurs définissent ce qu'est l’enseignement « traditionnel » et une démarche d'investigation et ce notamment en termes d'autonomie confiée à l'élève. De fait, les études de Klahr et Nigam (2004) et de Kirschner, Sweller et Clark (2006) se centrent sur des situations ou l'autonomie de l'élève est très importante. Les démarches d'investigation sont donc réduites à cette seule caractéristique, et ce qui est évalué est l'apprentissage d'élèves en situation d'autonomie élevée versus des situations fortement guidées par l’enseignant.

6Nous défendons donc l'idée que pour pouvoir mesurer l'efficacité des démarches d'investigation, il faut pouvoir disposer de catégories de descriptions pertinentes de ces démarches et de la mise en œuvre dans les classes. La production de ces catégories devra s'appuyer sur une compréhension des mécanismes qui sous-tendent ces démarches d'investigation et de la logique qui les organise. Dans cette perspective, différents travaux en didactique se sont intéressés aux démarches d’investigation dans les classes (Grangeat, 2013 ; Calmettes, 2012 ; Boilevin, 2013). Une partie de ces travaux repose sur une analyse historique et épistémologique des démarches des scientifiques ou des prescriptions des programmes, permettant de rendre compte de l’écart entre ce qui est prescrit (ou souhaitable) et ce qui se pratique dans la classe (Mathé, 2010 ; Calmettes, 2012). D’autres recherches ont permis de rendre compte de la diversité des démarches mises en œuvre dans les classes par les enseignants (par exemple en termes de type de tâches) conduisant à des typologies de démarches d’investigation (Morge & Boilevin, 2007). Enfin, des recherches ont porté non plus sur les situations de démarche d’investigation en elles-mêmes, mais sur l’action de l’enseignant en classe lors de la mise en œuvre de ce type de démarche (Marlot, 2008, 2009). Une étude antérieure (Cross, 2013) nous a permis de montrer que les enseignants de collège s'appuient sur le canevas et les recommandations du programme pour structurer leurs séances d'investigation. Il en ressort que ces séances semblent correspondre à ce qui est attendu pour une séance d'investigation du point de vue du programme : différents moments correspondant à une démarche hypothético-déductive (questionnement, formulation d'hypothèses, manipulation, etc.) ainsi qu'une alternance entre travail en groupes, travail individuel et travail en classe entière. Afin de prolonger et affiner cette analyse, nous cherchons à présent à analyser la mise en œuvre de séances fondées sur l'investigation du point de vue du fonctionnement et de l’élaboration dynamique du savoir dans la classe.

7Dans une première section, nous rechercherons, à partir de la théorie de l'action conjointe, quels sont les processus qui pourraient régir les démarches d’investigation en classe. Ensuite, à travers quatre études de cas, nous chercherons à comprendre la logique qui organise ces processus et les effets qui sont alors produits en classe.

2. Cadre théorique : des processus centrés sur un enjeu de savoir

8Nous nous plaçons dans le cadre de la théorie de l'action conjointe en didactique (Sensevy, 2011 ; Sensevy & Mercier, 2007) en ce qui concerne l'étude des pratiques de classe. Cette théorie – notée TACD – est centrée sur le processus d'enseignement et d'apprentissage, vu principalement comme un processus communicationnel centré sur un enjeu de savoir. Dans le langage théorique de la TACD, il est possible de rendre compte de l’élaboration dynamique de ce savoir, par la mise au jour de la relation entre le contrat et le milieu didactique.

2.1. Le jeu didactique, comme lien dynamique entre contrat et milieu

9Le contrat didactique (Brousseau, 1998) correspond aux attentes réciproques des élèves et de l'enseignant et se traduit par les habitudes, les règles, les normes liées à un objet de savoir. Le milieu didactique correspond aux composantes de l’environnement de l'élève porteur du savoir en jeu. Le milieu comprend les objets physiques mis en jeu dans la construction du savoir (appareils de mesure, etc.) mais aussi des composantes immatérielles (les connaissances des élèves, les interactions avec l'enseignant, etc.). Par définition le milieu didactique est en évolution permanente, d'une part parce que l'évolution de celui-ci est nécessaire à l'apprentissage de nouveaux objets de savoir, d'autre part parce que les objets de savoir appris sont susceptibles de venir enrichir le milieu. Le contrat didactique étant lié aux objets de savoir, cette évolution du milieu s'accompagne donc d'un changement de contrat didactique. Le milieu et le contrat sont ainsi en interaction.

10Dans la TACD, cette dynamique entre milieu et contrat didactiques est modélisée par la notion de jeu didactique, ce qui permet de prendre en compte l'engagement des acteurs (sur les plans cognitifs, motivationnels et émotionnels) ainsi que la façon dont le jeu est gagné (quelles sont les règles pour gagner, pour quels enjeux ?). La notion de jeu utilisée dans la TACD a une valeur métaphorique et centrale. C’est un « voir comme » à l’usage du chercheur (cf. infra 2.2).

11Il s'agit d'un jeu de savoir, c'est-à-dire que pour gagner le jeu, l'élève doit mettre en œuvre le savoir visé par l'enseignant. Ce jeu de savoir se déploie entre deux pôles : « le système stratégique cristallisé dans le contrat comme potentiel d'action disponible et le système stratégique cristallisé dans le milieu didactique comme potentiel d'action virtuel » (Sensevy, 2011, p. 29).

12Prenons un exemple relatif à nos analyses afin de mieux faire comprendre cette dynamique contrat/milieu. La situation est la suivante : l'enseignant demande aux élèves de concevoir un protocole expérimental permettant de réaliser la préparation d'une solution par dissolution d'un solide. Les élèves ont devant eux une fiole jaugée, un entonnoir, une coupelle contenant le produit pesé à dissoudre, un bouchon et une pissette contenant de l'eau distillée. Notons que tout ce matériel est nécessaire pour réaliser la préparation d'une solution par dissolution. Les élèves, pour répondre à la consigne de l'enseignant, peuvent mettre en œuvre la stratégie suivante : le protocole est conçu en fonction du matériel disponible sur la paillasse, tout le matériel disponible doit servir au moins une fois. Cette stratégie repose sur un élément de contrat didactique relatif à la conception de protocole et plus généralement aux travaux pratiques à l'école : tout le matériel mis à disposition sur les paillasses va servir, et corrélativement le matériel nécessaire à la manipulation est mis à disposition sur les paillasses. Le jeu didactique est ainsi défini par :
- le milieu didactique dont l'élément important ici est la paillasse sur laquelle a été disposé le matériel au préalable ;
- Le contrat didactique relatif à ce milieu qui permet aux élèves de mettre en œuvre une stratégie de réponse à la consigne de l'enseignant.

13Cette stratégie consistant à concevoir le protocole en fonction du matériel, est virtuellement contenue dans le contrat didactique du fait de la rencontre répétée des élèves avec cette situation. Elle est potentiellement contenue dans le milieu didactique ici présent, du fait de la préparation du matériel.

14Notons enfin que si le matériel n'avait pas été mis à disposition sur les paillasses au préalable, le contrat didactique que nous venons de présenter ne pourrait plus être exprimé. Les élèves auraient alors à mettre en œuvre d'autres stratégies de réponse à la consigne de l'enseignant.

15Le jeu didactique, la prise en compte conjointe du contrat et du milieu didactique, est donc une caractéristique centrale de l’analyse de l’action conjointe : la mise au jour de la nature du contrat didactique et du milieu et des relations entre ces deux éléments permet de mieux saisir la logique d’action des élèves et la logique des stratégies qu’ils mettent en œuvre pour « gagner » au jeu. L’exemple précédent montre le jeu du professeur sur le jeu des élèves (organisation d’un milieu permettant de concevoir un protocole expérimental) mais également un jeu des élèves sur le jeu du professeur (réinterprétation du milieu via le contrat didactique lié aux habitudes d’action).

16Dans le cas des démarches d’investigation, qui visent à bousculer le contrat didactique habituel et qui laissent une marge de liberté aux enseignants quant à l’organisation du milieu, l’analyse en termes de jeu didactique semble donc adaptée.

2.2. Le jeu d’apprentissage, comme modélisation de l’action enseignante

17Le jeu d'apprentissage est une spécification du jeu didactique à propos d'un élément de savoir défini (Sensevy, 2011) : ce qui implique l’expression d’un contrat didactique donné dans un milieu donné.

18Le jeu d'apprentissage modélise l'action de l'enseignant pour faire apprendre un savoir à l'élève. Plus précisément, les jeux d’apprentissage sont définis par l’instauration d’un contrat didactique et d’un milieu didactique en vue de faire apprendre un savoir défini. Autrement dit, c’est l’enjeu de savoir, ainsi que ce qui est mis en œuvre pour l’enseignement de celui-ci, qui permettent de caractériser un jeu d’apprentissage. Ces jeux d’apprentissage sont dits spécifiques lorsque les savoirs en jeu concernent directement les apprentissages visés par la séance. Ils sont génériques lorsque les savoirs en jeu sont mobilisables et mobilisés dans de nombreuses situations et reposent ainsi sur des habitudes d’action dans la classe (Marlot, 2008). Les jeux d'apprentissage n'existent pas en tant que tels dans la classe, il s'agit d'une construction du chercheur qui permet de « voir comme » afin d’étudier l'enjeu de la transaction entre l'élève et l'enseignant ainsi que les règles de cette transaction ; ce qui est observable, c’est la succession des tâches dans lesquelles sont engagés élèves et enseignants. De même, le gradient de généricité n’est pas donné a priori au chercheur, il résulte d’une analyse des enjeux de savoir des différents jeux et de leur cohérence. Dans le cadre de la démarche d’investigation, la détermination de ce gradient de généricité prend en compte à la fois la dimension épistémologique (première attente vis-à-vis des démarches d’investigation, cf. supra) et épistémique (deuxième attente) (Boilevin, 2013). Ainsi lors d’une séance dont un des objets d’apprentissage visé est la formulation d’hypothèses sur les besoins nutritifs des végétaux chlorophylliens, le jeu consistant à étudier un document sur les conditions de culture de tomates est un jeu spécifique de type « faire sélectionner les variables permettant de formuler des hypothèses sur les besoins nutritifs des végétaux chlorophylliens » puisque celui-ci va permettre aux élèves de formuler des hypothèses à partir des informations fournies dans le document. Dans un autre contexte, l’étude de ce même document pourrait être considérée comme étant un jeu générique de type « faire lire un document » ou « faire rechercher de l’information dans un document ».

19Le savoir à faire apprendre est lui-même modélisé par un jeu épistémique, ce qui amène à voir le savoir avant tout comme une pratique de savoir. Les jeux épistémiques peuvent être distingués en jeux épistémiques sources ou émergents. Le jeu épistémique source fait référence à une pratique de savoir telle qu'elle existe dans le monde social, quand elle existe (certaines pratiques de savoir sont endogènes au milieu scolaire, comme par exemple la dictée). Le jeu épistémique émergent correspond à ce que les élèves sont rendus capables de faire par l'action dans la classe. Cette distinction entre jeux épistémiques source et émergent permet de prendre en compte la transposition didactique des savoirs.

20Dans le cas des démarches d’investigation, le jeu épistémique source (la pratique sociale de référence) correspond à une modélisation (ou une transposition) de la représentation des pratiques scientifiques. Nous prenons ici la précaution de parler de représentation des pratiques scientifiques et non pas de méthode scientifique comme point de départ de la transposition des démarches d’investigation car la question de l’existence d’une méthode scientifique reste vive (voir par exemple Mathé, 2010). La démarche d’investigation est donc issue d’une première transposition de la représentation des pratiques scientifiques. Ainsi dans les programmes du collège français, la démarche d’investigation est fondée sur le raisonnement hypothético-déductif, ce qui ne correspond pas à la diversité des démarches scientifiques. La particularité des démarches d’investigation tient à ce que les élèves doivent être placés en situation de faire, autrement dit les jeux d’apprentissage doivent correspondre aux jeux épistémiques sources. Cette « mise en situation » des élèves doit pouvoir permettre la mobilisation de savoirs d’ordre épistémiques et épistémologiques.

21La figure 1 représente les différents éléments de la transposition, de la démarche scientifique à la démarche d’investigation dans la classe. Comme présenté ci-dessus, le premier niveau correspond à la représentation des pratiques des scientifiques. Le second concerne la démarche d’investigation vue comme une pratique sociale de référence. Le niveau suivant est celui de la classe. C’est l’action de l’enseignant qui génère le savoir enseigné. L’étude va porter sur les différents types de jeux.

Figure 1 : représentation de la transposition dans le cas des démarches d’investigation en termes de jeux épistémiques et de jeu d’apprentissage

Figure 1 : représentation de la transposition dans le cas des démarches d’investigation en termes de jeux épistémiques et de jeu d’apprentissage

2.3. Questions et hypothèse de la recherche

22Nous cherchons, d’une part, à identifier les processus qui sous-tendent la mise en œuvre des démarches d’investigation en classe de sciences au collège et, d’autre part, à comprendre les logiques de différentes organisations de ces processus et leurs effets sur le déroulement des classes.

23Nous posons l’hypothèse que différentes modalités de mise en œuvre des démarches d’investigation peuvent être distinguées selon la nature de l’interaction entre le milieu et le contrat didactiques, cette interaction étant caractérisée par l’intrication entre les jeux d’apprentissage et les jeux épistémiques. En effet, il s’agit pour les élèves d’être placés et de se placer en situation de recherche – plus ou moins autonome – afin de produire des hypothèses qu’ils pourraient tester, de valider des procédures de test de ces hypothèses et d’avoir un avis critique sur leurs résultats et ceux de leurs camarades. Cette posture peut être en opposition avec des postures plus « traditionnelles » où c’est l’enseignant qui est en charge de la production et de la validation des savoirs dans la classe. Cette hypothèse a également été formulée par Balacheff (1987) dans le cadre des démarches de preuve en mathématiques, qui comporte un certain nombre de similarités avec les démarches d’investigation, notamment en ce qui concerne le statut de l’élève vis-à-vis du savoir.

24Au vu de cette hypothèse, la mise en œuvre de la démarche d’investigation sera étudiée en fonction de la dialectique contrat-milieu en termes de :
- intrication entre les jeux d’apprentissage et les jeux épistémiques ;
- adéquation du contrat et du milieu didactiques.

3. Méthodologie : quatre études de cas

25Nous nous plaçons en situation d’observation de classes ordinaires. Nous avons observé quatre enseignants de sciences de collège aux profils contrastés. Deux de ces enseignants (enseignants 1 et 2) sont considérés comme experts vis-à-vis de la démarche d'investigation par leur institution. Ces deux enseignants sont intégrés dans des réseaux de formation du rectorat dans lesquels ils sont responsables de formation sur la démarche d'investigation. Les deux autres (enseignants 3 et 4) ne sont pas reconnus comme experts : l’enseignant 3 n'a pas reçu de formation récente sur les démarches d'investigation ; l'enseignant 4 exerce pour la première année. Nos données sont constituées d'enregistrements vidéographiques d’une séance pour chacun des enseignants (en classe de sixième, élèves de 11-12 ans, pour l’enseignant 1 ; en classe de cinquième, élèves de 12-13 ans pour les trois autres enseignants). La caméra était placée au fond de la classe et suivait en permanence l'enseignant qui portait un micro-cravate, permettant d'avoir accès à ses productions verbales.

26Chaque enseignant était libre dans le choix de la séance, la seule consigne étant que nous souhaitions observer une séance fondée sur les démarches d'investigation. Ces données sont complétées par un entretien au cours duquel l'enseignant peut réagir lors du visionnement de l'enregistrement vidéo de sa séance. Les séances et les entretiens sont intégralement transcrits et analysés manuellement ; les enregistrements vidéo sont analysés à l’aide du logiciel Transana.

27Notre méthodologie consiste à comparer deux types d’analyse : la situation telle qu’elle peut être prévue ou anticipée par le chercheur et la situation telle qu'elle s'est effectivement déroulée dans la classe. La situation telle qu’elle peut être prévue repose sur l’analyse des documents distribués aux élèves, de l’entretien avec chaque enseignant, ainsi que sur les consignes données aux élèves en début de séance par l’enseignant. Pour caractériser cette situation nous adoptons la typologie des démarches d’investigation proposée par Morge et Boilevin (2007), qui nous permet de reconstruire une logique de déroulement de la séance en termes d’enchaînement de tâches. Les différents types de démarche d'investigation sont alors les suivants :
- Les séquences PACS correspondent à l'enchaînement d'une phase de Prévision d'un phénomène donnant lieu à une Argumentation. Ces prévisions sont soumises à une Confrontation entre les argumentations des élèves et les résultats expérimentaux. Enfin la séquence se termine par une Synthèse. Il y a donc une succession de plusieurs jeux bien distincts.
- La séquence adidactique est construite autour d'un milieu devant permettre, de par ses rétroactions, à l'élève de construire les connaissances visées. La séquence commence par un « jeu » qui contraint l'élève à mettre en œuvre ou à élaborer une stratégie pour gagner. Cette stratégie repose sur des lois ou des savoirs qui sont les objets de connaissance visés.
- La situation de problème ouvert, qui admet une infinité de solutions, débute par une phase de quantification et de problématisation. Les élèves formulent ensuite des hypothèses entre les grandeurs physiques retenues pour modéliser le problème et la variation de facteurs agissant sur celles-ci. Les élèves doivent ensuite mobiliser une loi ou un théorème qui permet de relier les grandeurs physiques aux variations des facteurs. Enfin, la séquence se termine par la vérification des liens hypothétiques obtenus par la loi ou le théorème.
- Les séquences de modélisation ont pour but de faire construire un modèle par les élèves en les mettant en situation de confrontation de celui-ci avec un champ empirique.
- Les situations-problèmes sont centrées sur un obstacle à l'apprentissage des élèves.

28Donnons un exemple de la façon dont cette progression « prévisible » peut être reconstruite. Le document en annexe montre la situation telle qu’elle est présentée aux élèves, et le tableau 1 un extrait de la transcription du début de la séance de l’enseignant 2.

Tableau 1 : extraits de la transcription de la séance de l’enseignant 2. Le temps est donné entre parenthèses

Tour de parole Locuteur
57 P (14 : 24) alors ensuite une fois que vous avez effectivement fait des tracés intéressants mis votre légende qu'est ce qu'il va falloir faire
58 E écrire une lettre au à M. Martin celle-ci doit expliquer très clairement pourquoi l'emplacement choisi correspond à ses attentes
59 P alors cette lettre faut pas oublier hein vous êtes un cabinet d'architecte donc va falloir faire une présentation correcte […] donc ça c'est la première partie du TP oui […]
63 P (15 : 28) d'accord alors ensuite une fois qu'on a fait ça donc la première partie du TP Adrien
64 E heu vérifier expérimentalement vos prévisions avec le matériel une lampe pour représenter le réverbère
65 P alors tu t'arrêtes hop la lampe vous la connaissez c'est celle-ci celle qu'on a déjà utilisée […]
75 P (16 : 08) de l'autre côté il y a rien alors évidemment le matériel ça sera qu'à la fin donc ça sera simplement pour vérifier si vous avez émis les bonnes hypothèses donc je vous donnerai pas le matériel tant que vous avez pas fini la lettre d'accord alors petite question supplémentaire donc à répondre une fois que vous avez fini le TP vas-y

29Dans le document élèves, il est demandé aux élèves de faire une prédiction de l’emplacement de la maison répondant aux deux exigences (La fenêtre ne doit pas être éclairée, mais doit donner sur le sapin). La transcription de la séance nous permet de voir que cette prédiction doit ensuite être validée expérimentalement. Suivant la typologie de Morge et Boilevin (2007), cette séance correspond à une séance de type PACS. Nous nous attendons donc à rencontrer lors de cette séance un enchaînement de tâches correspondant à la prévision d’un phénomène (faire placer la maison sur le plan, ce qui nécessite de délimiter les zones d’ombre et les zones éclairées), d’une argumentation (qui se fait sous forme d’une lettre écrite à M. Martin), d’une confrontation entre les argumentations et les résultats expérimentaux (vérification de l’emplacement de la maison à l’aide d’un modèle en papier de la maison, du sapin et du terrain et d’une lampe). Empiriquement, nous pouvons identifier une succession de tâches (cf. supra 2.2). Ces tâches contribuent à spécifier un milieu et un contrat spécifique. L’articulation entre la tâche identifiée dans la pratique de classe, le milieu et le contrat didactique est interprétée, dans le cadre de notre étude, en termes de jeux d’apprentissage. Méthodologiquement, il s’agit donc d’abord de repérer les tâches.

30Cette analyse de ce qui est prévisible est comparée à ce qui s'est passé effectivement, en termes de jeux d'apprentissage. Cette façon de procéder nous permet de mettre en évidence l’action conjointe dans la mise en œuvre des démarches d'investigation.

4. Résultats

31Pour chaque enseignant nous faisons une brève présentation de la situation proposée par celui-ci. Ensuite, est présentée la confrontation, en termes de jeux d’apprentissage, entre le déroulement attendu d’après l’analyse des documents distribués aux élèves, l'entretien avec l'enseignant et le type de séance (PACS, modélisation, adidactique, etc.) et le déroulement effectif de la séance (ce qui s'est passé et qui peut être observé). Cette analyse en termes de jeux d’apprentissage sera étudiée du point de vue de l’articulation entre jeux d’apprentissage et jeux épistémiques, d’une part, et de la dialectique contrat-milieu, d’autre part.

4.1. Enseignant 1

4.1.1. Présentation de la situation proposée par l'enseignant

32L'enseignant 1 propose aux élèves d'étudier les besoins nutritifs des végétaux chlorophylliens. Pour cela les élèves doivent faire des hypothèses à partir de leurs connaissances sur les plantes et d'un travail sur un document. Puis ils doivent mettre au point un protocole leur permettant de vérifier expérimentalement leurs hypothèses. Notons que les élèves ont déjà eu à réaliser une expérience pour mettre en lumière les conditions de germination des graines. Notons également que les élèves font pousser chez eux des fèves. Il s'agit ici d'étudier un phénomène, les conditions de croissance des végétaux chlorophylliens, en faisant varier certaines variables (lumière, eau et sels minéraux) retenues d'après les connaissances initiales des élèves et d'un travail sur un document. Cette séquence est de type PACS : les élèves font des prévisions sur les besoins nutritifs des plantes de manière argumentée (travail sur un document) puis confrontent ces prévisions aux résultats expérimentaux.

4.1.2. Analyse en jeux d'apprentissage

Figure 2 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 1

Figure 2 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 1

33La figure 2 représente l'analyse en termes de jeux d'apprentissage. La comparaison de ce qui est attendu par rapport à ce qui s’est passé montre qu'il y a eu disparition d'un jeu (jeu 5) par rapport à ce que laissait apparaître l'analyse de la situation. Cette disparition vient de l'intervention d'un élève (tableau 2).

Tableau 2 : transcription du début du jeu d’apprentissage 4 de l’enseignant 1

TD Locuteur Production verbale
1 P Est-ce que quelqu'un peut avoir une idée de ce qu'on va faire comme expérience
2 E oui je l'ai vu tout à l'heure sur la table
3 P ah qu'est ce que tu as vu tout à l'heure sur la table
4 E heu j'ai vu que c’était marqué il y avait du sel minéraux
5 P y avait des sels minéraux
6 E il y avait de l'eau je crois
7 P de l'eau comment
8 E de l'eau bah
9 E de l'eau minérale
10 E déminéralisée
11 P bon c'est bon tu sais lire on l'a vu donc il y avait de l'eau déminéralisée donc est ce que quelqu'un peut m'expliquer heu étymologiquement de l'eau déminéralisée qu'est ce que ça peut vouloir dire

34L'enseignant, en demandant aux élèves s'ils ont une idée de l'expérience qu'ils vont faire, initie le jeu d'apprentissage 5. Ce jeu consiste à mettre au point un protocole permettant de tester les hypothèses formulées lors du jeu précédent (jeu 4). Un élève provoque un changement dans le déroulement du jeu didactique, en répondant, au tour de parole 2, qu'il sait quelle expérience ils vont réaliser car il a vu le matériel qui est disponible. L'enseignant choisi à ce moment de prendre en compte la remarque de l'élève pour initier un nouveau jeu d'apprentissage d’ordre plus générique : il s'agit de faire décrire le matériel à disposition, matériel qui est présent sur la paillasse de l'enseignant (jeu 5). Ce changement de jeu d'apprentissage, initié par un élève, peut être interprété comme la mobilisation dans la classe d'un élément de contrat didactique que l'on pourrait formuler ainsi « le matériel disponible sur les paillasses doit être utilisé lors de la manipulation». Il semble qu'il s'agisse ici d'un élément pérenne du contrat didactique établi lors de séances de travaux pratiques « traditionnelles » lors desquelles les élèves doivent suivre un protocole établi par l'enseignant : tout le matériel présent sur les paillasses va servir lors de l'expérimentation. Il ne s'agit pas ici de « découvrir » ou de chercher des réponses à une question, mais de confirmer par l'expérimental un élément d'une théorie ou d'un modèle. L'élève, en accord avec cet élément du contrat didactique, met en œuvre une stratégie consistant à déterminer le bon protocole en fonction du matériel présent (jeu 6bis) ; il ne cherche donc plus à déterminer les conséquences observables des hypothèses formulées et le moyen de les tester. La suite de la séance se trouve ainsi modifiée, en effet le jeu 6bis qui correspond à la conception d'un protocole change de nature par rapport au jeu 5 initial. Il ne s'agit plus de concevoir un protocole en fonction des hypothèses à tester (jeu 6), mais de concevoir un protocole en fonction du matériel qui a été décrit (jeu 7).

4.1.3. Jeu d'apprentissage/jeu épistémique

35Dans la situation proposée par l'enseignant, les jeux d'apprentissage sont très proches des jeux épistémiques, ce qui laisse penser qu'ils sont très denses épistémiquement. Proposer un ou des protocoles permettant de valider ou non des hypothèses demande, en effet, de mobiliser des connaissances en ce qui concerne le matériel de laboratoire, les procédures expérimentales et manipulatoires, etc. Le changement de jeu d'apprentissage, initié par l'élève, mais repris par l'enseignant est intéressant de ce point de vue : l'insertion d'un jeu supplémentaire consistant à décrire le matériel, permet de faire le lien entre les variables retenues lors de la phase de formulation d'hypothèses (eau, sels minéraux, lumière, etc.) et le matériel (notamment le fait d'utiliser de l'eau déminéralisée et non de l'eau du robinet afin de faire varier une seule variable à la fois). Cet aménagement de la situation par l'enseignant permet vraisemblablement aux élèves d'affronter plus facilement la densité épistémique de la situation.

4.1.4. Dialectique contrat-milieu

36Le changement induit par l'élève s'appuie sur un élément pérenne du contrat didactique, non spécifique, voir antagoniste avec les démarches d'investigation. En effet la logique n'est plus celle d'une enquête ou d'une recherche en fonction d'une question de départ, mais une logique de fonctionnement de la classe : les élèves savent que le matériel sur les paillasses va servir à la manipulation, car celui-ci change à chaque manipulation (les élèves ne sont pas dans un laboratoire ou tout un ensemble de matériel est présent sans qu'il y ait eu une sélection au préalable). Ce changement de contrat didactique est possible car le milieu le permet : si l'enseignant n'avait pas disposé le matériel nécessaire au préalable sur sa paillasse, il aurait été impossible à l'élève de faire appel à la stratégie consistant à concevoir un protocole en fonction du matériel disponible et donc d’isoler la variable « sels minéraux ». La suite de la séance se poursuit donc sur un contrat non totalement spécifique aux démarches d'investigation : il s’agit bien, pour les élèves, de concevoir un protocole mais dans le cadre d’un matériel limité fourni par l’enseignant (Grangeat, 2013).

4.2. Enseignant 2

4.2.1. Présentation de la situation proposée par l’enseignant

37L'enseignant 2 fait travailler les élèves sur une séance d'optique portant sur les notions d'ombre portée et d'ombre propre. Pour cela il est demandé aux élèves de « jouer » aux architectes. Ils doivent en effet placer une maison dans un terrain de façon à ce que le lampadaire de la rue adjacente n'éclaire pas la fenêtre de la chambre. Une contrainte supplémentaire est que la fenêtre de la chambre donne sur le sapin présent sur le terrain. Deux possibilités s'offrent aux élèves : soit placer la fenêtre dans l'ombre portée du sapin, soit placer la maison de sorte que la fenêtre de la chambre soit dans l'ombre propre de la maison. Cette séance peut être caractérisée comme étant une séquence PACS : les élèves doivent prévoir l'emplacement de la maison et argumenter ce choix. Puis ils vérifient de manière expérimentale si ce choix est valide.

4.2.2. Analyse en jeux d’apprentissage

Figure 3 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 2

Figure 3 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 2

38La séance comporte cinq jeux d’apprentissage. Les deux premiers sont d’ordre générique, puisqu’ils sont relatifs à des savoirs qui ne sont pas directement liés aux savoirs visés par cette séance, alors que les trois derniers jeux d’apprentissage sont d’ordre spécifiques puisqu’ils concernent le travail sur les ombres propres et les ombres portées. La séance commence par un rappel de ce qui à été vu la fois précédente et qui sera utile pour pouvoir répondre correctement à la question en jeu dans la séance. Ce jeu de rappel des savoirs est un jeu d’ordre générique. De la même façon le jeu suivant (faire lire et comprendre l’énoncé) fait appel à des savoirs génériques (par exemple prendre le temps de lire l’énoncé en entier). Les deux premiers jeux n’ont pas été prévus à partir de l’analyse de la séance en termes de séance de type PACS, ni à partir de l’entretien avec l’enseignante. Les trois derniers jeux sont d’ordre spécifique car ils nécessitent de mettre en œuvre des savoirs liés à l’apprentissage visé pour pouvoir être joué. Ils correspondent, chacun d’entre eux, à une tâche de la séance de type PACS.

4.2.3. Jeu d’apprentissage/Jeu épistémique

39La séance est analysée en cinq jeux d’apprentissages. Les deux premiers jeux (faire rappeler les savoirs de la séance précédente, et faire lire et comprendre l’énoncé) présente une distance par rapport aux jeux épistémiques sources, c'est-à-dire qu’ils ne sont pas strictement assimilables à une tâche de la séance PACS. Il s’agit de jeux que l’on pourrait qualifier de jeux préparatoires. Ils permettent de guider les élèves sur les connaissances qui sont susceptibles d’être mobilisées dans la séance, ainsi que de donner les consignes pour le déroulement de celle-ci. Remarquons que ces jeux permettent, en quelque sorte, de réduire le champ des possibles quant à la résolution du problème qui est posé aux élèves. En ce qui concerne les trois derniers jeux (jeux 3, 4 et 5), l’intrication des jeux d’apprentissage et de jeux épistémiques est si forte qu’ils peuvent être confondus. Ainsi chaque jeu d’apprentissage correspond à une tache de la séance de type PACS.

4.2.4. Dialectique contrat-milieu

40Du point de vue de la dialectique contrat-milieu, cette séance peut se diviser en deux parties. Lors des deux premiers jeux, c’est l’enseignante qui est en charge de l’avancée du savoir dans la classe, elle fait lire aux élèves la feuille de consigne, insiste sur ce que les élèves ont vu lors de la séance précédente. Comme nous l’avons vu dans l’analyse des jeux d’apprentissage, ces deux premiers jeux peuvent être considérés comme une introduction pour la suite de la séance. Les élèves sont ensuite en charge, sous la direction de l’enseignante, de l’avancée du savoir. Le contrat didactique à l’œuvre dans la classe comporte, à partir de ce moment-là, des dimensions spécifiques aux démarches d’investigation, notamment en ce qui concerne le fait que les élèves doivent formuler leurs propres hypothèses et ensuite les vérifier. Ainsi les élèves sont « amenés » à la situation d’investigation par l’enseignante à travers une introduction de la séance que nous analysons en deux jeux d’apprentissage d’ordre génériques, qui permet de guider les élèves en spécifiant les notions qui sont susceptibles d’être utilisées ainsi que les différentes étapes à suivre. Parmi les démarches d’investigation, cette séquence se réfère à celles dont le questionnement est initié par l’enseignant mais à partir de et en mobilisant les connaissances antérieures des élèves (Grangeat, 2013).

4.3. Enseignant 3

4.3.1. Présentation de la situation proposée par l’enseignant

41L'objectif de la séance de l'enseignant 3 est de faire travailler les élèves sur les notions de circuit série et circuit en dérivation grâce à l'exemple de lampes « dépendantes » (c'est-à-dire branchées en série) et de lampes « indépendantes » (c'est-à-dire branchées en dérivation). Les élèves ont à proposer des schémas de circuits correspondant à une consigne (brancher trois lampes de manière à ce que deux soient dépendantes et une indépendante). Les différentes propositions des élèves sont notées au tableau. Les élèves doivent ensuite vérifier expérimentalement si leur proposition est valide, si elle ne l'est pas ils doivent proposer un autre circuit (en s'inspirant des propositions des autres élèves notées au tableau). Cette séquence est du type adidactique, c'est-à-dire que la séance est construite autour d’un jeu qui contraint l’élève à mettre en œuvre ou à élaborer une stratégie pour gagner, cette stratégie repose sur les savoirs visés par la séance. Le jeu est de produire un circuit avec une lampe indépendante et deux lampes dépendantes. La stratégie à mettre en œuvre consiste à faire autant de boucles qu'il y a de récepteurs indépendants.

4.3.2. Analyse en jeux d’apprentissage

Figure 4 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps pour l’enseignant 3

Figure 4 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps pour l’enseignant 3

42La figure 4 montre, comme chez l'enseignant 1, la modification d'un jeu d'apprentissage entre ce qui est attendu et ce qui est réalisé. Cependant la dynamique est ici différente. Pour que le jeu didactique puisse avancer, l'enseignant compte sur le fait qu'un élève au moins propose le schéma correct (jeu 2). La solution valide aurait ainsi été disponible aux élèves au tableau et ceux-ci auraient alors fini par réaliser le montage attendu (jeu 5). L'enseignant, voyant qu'aucun élève n’a proposé la bonne solution, envoie tout de même des élèves au tableau (jeu 3) et demande aux élèves de réaliser leur montage (jeu 4). Remarquons que ces jeux 3 et 4, qui prennent appui sur le jeu 2 peuvent tout de même être gagnés même si aucun élève n’a proposé la solution valide. Par contre le jeu 5 devient impossible à gagner, puisque celui-ci est gagné lorsque les élèves réalisent le montage attendu. Il est donc transformé en jeu 5bis : manipuler jusqu'à trouver la solution attendue. Ce jeu ne peut prendre appui sur aucun des jeux précédents et le milieu ainsi mis en place ne permet pas aux élèves de trouver la solution valide. La densité épistémologique du jeu 5bis est beaucoup plus faible que celle du jeu 5 initialement prévu ; elle est même quasiment nulle puisqu’il ne s’agit que de tâtonner. L'enseignant se retrouve dans l'obligation d'initier un nouveau jeu en donnant aux élèves la consigne de faire un montage à deux boucles (jeu 6). Le savoir à mettre en œuvre pour gagner ce jeu est complètement différent du savoir initialement visé, il s'agit en effet de savoir réaliser un montage à deux boucles et non plus de prévoir autant de boucles qu'il y a de récepteurs indépendants. Le jeu 6 se retrouve ainsi affaibli du fait du glissement du jeu 5 au jeu 5bis. Cette perte de densité épistémologique résulte de l'absence de bonne réponse lors du jeu 2, apparemment non prévu par l'enseignant. Ce passage d’un jeu spécifique à des jeux de plus en plus génériques dont la densité épistémique s’amoindrit fortement correspond au glissement didactique étudié par Marlot (2009).

4.3.3. Jeu d’apprentissage/jeu épistémique

43Que ce soit la situation prévue par l’enseignant ou la situation telle qu’elle s’est déroulée, il est difficile de lier les jeux d’apprentissage avec des jeux épistémiques qui soient de type démarches d’investigation. Il semble que la démarche choisie soit de type adidactique, dans le sens où les élèves doivent mettre en œuvre la stratégie « autant de boucles qu’il y a de récepteurs indépendants » pour pouvoir trouver la solution. Cependant, le milieu didactique ne fournit pas les rétroactions nécessaires pour que les élèves trouvent par eux-mêmes la bonne stratégie à mettre en œuvre. En effet ils ne peuvent que constater que leur circuit est conforme ou non à la consigne (les lampes s’allument comme demandé ou non). Ils doivent alors tester chacun des circuits proposés au tableau par leurs camarades. Pour cela, il leur faut savoir passer d’un schéma de circuit à un montage, ce qui semble être le seul objet d’apprentissage pouvant être mobilisé dans cette situation.

4.3.4. Dialectique milieu-contrat

44Le jeu 2, lors duquel les élèves doivent faire des propositions de circuit, est crucial pour cette séance. S’il avait pu noter au tableau une réponse correcte proposée par des élèves, sans toutefois que ceux-ci soient sûrs qu’il s’agisse de la bonne réponse, l’enseignant aurait modifié le milieu. Cette modification du milieu aurait permis ensuite à l’enseignant d’amener les élèves à mettre en œuvre la stratégie « essayer tous les circuits jusqu'à trouver celui qui répond à la consigne ». Or, nous l’avons vu, du fait qu’aucun élève ne propose la bonne solution, cette stratégie ne peut être mise en place, amenant l’enseignant à modifier le contrat. Il ne s’agit plus de tester différents circuits mais de manipuler jusqu’à trouver la solution, puis, finalement, de se contenter de réaliser un circuit à deux boucles.

4.4. Enseignant 4

4.4.1. Présentation de la situation présentée par l’enseignant

45L'enseignant 4 propose aux élèves de réfléchir à une situation mettant en œuvre des notions d'optique. La situation proposée par l'enseignant a pour but de montrer aux élèves que l'on ne voit pas la lumière (seuls les objets sont visibles). La situation de départ est la suivante : un garçon a perdu sa lampe de poche allumée dans une des salles d'un musée. La question consiste à savoir s'il peut la retrouver en regardant par le trou de la serrure des portes des différentes salles. L'enseignant propose alors de modéliser cette situation (situation initiale) par une boîte noire percée d'un petit trou et dans laquelle est déposée une ampoule allumée. Les élèves doivent réaliser un schéma leur permettant de prédire ce qu'ils vont voir, puis de vérifier expérimentalement leurs prédictions. Cette séquence est du type PACS. Cette séance est de plus construite autour d'une situation problème. En effet les élèves s'attendent à ce que l'on puisse voir la lumière, la séance a pour objectif de montrer aux élèves que l'on ne voit que les objets éclairés par la lumière.

4.4.2. Analyse en jeux d’apprentissage

Figure 5 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 4

Figure 5 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 4

46Ici encore apparaît l’effacement d'un jeu d'apprentissage (jeu 5) par rapport à ce que ce qui aurait pu être attendu. Cette rupture dans l'avancée du temps didactique vient du choix, par l'enseignant, d’imposer un protocole ne permettant pas de valider les hypothèses des élèves : si l'on se place à environ un mètre de la boîte pour regarder dans le trou, alors on ne peut pas voir de lumière ; en revanche en se plaçant à quelques centimètres du trou, la source lumineuse devient visible (mais pas la lumière). Le jeu 5 initialement prévu comme étant le lieu de validation ou de réfutation des hypothèses disparaît pour laisser place à un jeu d'apprentissage centré sur la négociation de ce qui a été vu ou non par les élèves. Le jeu 4, de par l’imposition d’un protocole expérimental inadéquat, vient conforter les élèves dans l'idée que l'on peut voir la lumière. Une difficulté supplémentaire vient du fait que les élèves se réfèrent à la situation initiale (la situation du musée) et non pas à la situation de la boîte noire sur laquelle porte l'expérience et qui est censée modéliser la situation initiale. Le jeu qui suit cette négociation à propos de ce que les élèves ont vu ou non, se poursuit par l'interprétation de ces résultats. Ce jeu est initié par l'enseignant, alors que les élèves ne sont toujours pas convaincus par le résultat de l'expérience : ils maintiennent que l'on peut voir la lumière. Ainsi, le jeu 6 n'est, en quelque sorte, joué que par l'enseignant. Celui-ci accepte alors de recommencer l’expérience avec une nouvelle boîte (une boîte « plus noire » que la précédente). Lors de ce nouveau jeu (jeu 7), l'enseignant ne commente pas les conditions de l'expérience, ou ne fait pas réfléchir les élèves sur de nouvelles hypothèses (par exemple de savoir pourquoi la couleur de la boîte peut changer les résultats de l'expérience). À l'issue du jeu 7, l'enseignant arrive à convaincre une partie des élèves que l'on ne voit rien à travers le trou dans la boîte (certains élèves ont vu quelque chose, d'autres non). Il initie alors un nouveau jeu d'interprétation des résultats (jeu 8), qui, à nouveau n'est joué que par lui-même ; de fait, ces derniers jeux d'apprentissage ne contribuent pas à la dynamique d’élaboration du savoir. En effet les élèves font très vite remarquer à l'enseignant qu'il est possible que l'on ne voit rien dans la situation de la boîte, mais que dans la situation du musée la lumière serait visible, amenant un nouveau jeu (jeu 9). Le jeu 9 consiste en une discussion entre les élèves et l'enseignant pour savoir si les résultats de l'expérience de la boîte noire peuvent être appliqués à la situation du musée. Les élèves posent des questions ayant un sens du point de vue physique (par exemple est-ce la même chose de choisir une ampoule dans la situation de la boîte noire pour modéliser la lampe de poche de la situation du musée ?). Là encore l'enseignant ne saisit pas l'occasion d'amener les élèves à réfléchir sur le choix de la modélisation, ou sur la façon dont on pourrait répondre à cette nouvelle question. L'enseignant finit par dire aux élèves qu'ils essayeront une prochaine fois avec un autre dispositif. Une remarque d'un élève montre toutefois qu'il pense que la lumière sera visible à travers le trou de la serrure :

E : « entre une serrure complètement toute noire et une serrure avec une petite lumière il sait laquelle différencier quand même ».

47Le jeu 10 est initié encore une fois par un élève, qui remet encore une fois en cause le résultat de l'expérience. L'enseignant propose alors un dispositif expérimental totalement nouveau pour les élèves : un faisceau laser est allumé. L'enseignant demande aux élèves s'ils voient de la lumière. Les élèves répondent que oui (ils voient une tache lumineuse sur le mur). L'enseignant fait tomber de la farine devant le faisceau ce qui lui permet de « montrer » aux élèves que l'on ne voit pas la lumière mais seulement les objets qui sont éclairés.

4.4.3. Jeux d’apprentissage/Jeux épistémiques

48Au début de la séance, jusqu’au jeu 5, les jeux d’apprentissage sont proches des jeux épistémiques. C’est l’observation divergente des résultats de l’expérience qui va amener l’enseignant ainsi que les élèves à modifier le déroulement de la séance. Les nouveaux jeux d’apprentissage qui apparaissent sont potentiellement très proches des jeux épistémiques (questionner les résultats de l’expérience, le choix du protocole, etc.) mais l’enseignant n’encourage pas ce genre de débats dans la classe et cherche à revenir au déroulement initial. Les jeux d’apprentissage se trouvent ainsi dissociés des jeux épistémiques, c’est « la démarche d’investigation » vue comme une succession de tâches pour elles-mêmes qui guide la séance et non plus la réponse à la question initiale.

4.4.4. Dialectique contrat-milieu

49À partir du jeu 5, tout se passe comme si les élèves et l’enseignant ne jouaient pas le même jeu. Les élèves restent dans une logique de réponse à la question initiale, alors que l’enseignant cherche avant tout à « montrer » aux élèves que l’on ne voit pas la lumière mais seulement les objets éclairés par celle-ci. Autrement dit, l’enseignant tente de changer le contrat didactique dans la classe, pour passer d’un fonctionnement reposant sur la réponse à une question à un fonctionnement basé sur la monstration d’une propriété de la lumière.

4.5. Analyse des résultats

50L’analyse des stratégies pratiques de ces quatre enseignants en fonction de deux dimensions – l’intrication des jeux d’apprentissage et des jeux épistémiques, d’une part, et la dialectique entre contrat et milieu didactiques, d’autre part – éclaire de grandes différences dans la mise en œuvre des démarches d’investigation.

51Les enseignants 1 et 2 proposent des séances ou l’intrication des différents types de jeux est la plus forte. L’enseignant 1 (séquence « besoins nutritifs des végétaux ») a introduit un nouveau jeu d’apprentissage a priori non lié directement à un jeu épistémique, mais permettant aux élèves d’affronter la densité épistémique du jeu d’apprentissage initialement prévu : isoler des variables non directement observables. L’enseignant 2 (séquence « ombres »), à travers une étape introductive, a guidé les élèves vers la démarche à suivre afin, également, de leur permettre de surmonter la densité épistémique du problème initial. À l’inverse, l’enseignant 3 (séquence « circuits électriques ») propose une situation où les jeux d‘apprentissage ne paraissent pas liés à des jeux épistémiques. Enfin, dans le cas de l’enseignant 4 (séquence «  lumière »), ce sont les élèves qui initient des jeux d’apprentissage potentiellement fortement intriqués avec des jeux épistémiques, mais l’enseignant n’exploite pas ce potentiel.

52Cette intrication des jeux d’apprentissage avec des jeux épistémiques est liée à la nature du contrat didactique. Ainsi, dans le cas de l’enseignant 4, les élèves se sont placés en situation d’observateurs critiques. Ils sont certainement amenés à cela par le fait qu’il s’agissait d’une situation-problème les incitant à mobiliser une connaissance de la vie quotidienne et donc leur expérience « naïve » consistant à penser que l’on peut voir la lumière. Ils le sont aussi parce qu’il n’y a pas de consensus sur les résultats de l’expérience et que cet écart est géré de manière autoritaire par l’enseignant qui, voyant arriver le terme de la séance, choisit de « montrer ce qui est » grâce à l’intervention improvisée d’un laser. Les élèves rejettent alors la modélisation de l’enseignant ainsi que le protocole choisi par celui-ci. L’enseignant cherche alors à négocier avec les élèves, ce qui relève d’un contrat didactique opposé à celui propre aux démarches d’investigation.

53La densité épistémique des séances étudiées permet également de distinguer différentes modalités de mise en œuvre des démarches d’investigation. Le cas de l’enseignant 2 est particulièrement intéressant à ce propos. Dans son cas, les jeux d’apprentissage 3, 4 et 5 correspondent à des jeux épistémiques présentant une forte densité épistémique. Cette forte densité épistémique est rendue possible par les deux premiers jeux d’apprentissage (faire rappeler les savoirs et savoir-faire et faire lire et comprendre l’énoncé). Ces savoirs (notamment à propos du rayon lumineux) vont se révéler nécessaires pour la phase de travail sur les hypothèses. Tout se passe comme si l’enseignante jouait sur un élément de contrat pérenne : les notions qui ont été vues lors de la séance précédente et qui sont rappelées en début de séance doivent être mobilisées pour répondre au problème. Lors du jeu 2 (faire lire et comprendre l’énoncé), l’enseignante précise les différentes étapes de la séance. Les élèves n’ont donc pas à prendre en charge l’organisation de la séance du point de vue des différentes étapes (formuler des hypothèses, concevoir un protocole, etc.), ce qui permet de centrer la séance sur un objet de savoir : savoir utiliser les rayons lumineux pour déterminer les zones d’ombre et les zones éclairées. Ces jeux ne sont pas, à proprement parler, des jeux d’apprentissage dans la mesure où il n’y a pas d’interactions qui relèvent véritablement de l’action conjointe, ni entre le professeur et les élèves ni entre les élèves et les éléments du savoir. Pour autant il y a bien un milieu qui est aménagé pour définir l’action et les tâches à venir, nous pouvons ainsi parler de « jeux préparatoires ».

54Finalement ce qui distingue les séances analysées est de l’ordre de la cohérence entre le contrat et le milieu didactiques. Elle est forte dans les séances des enseignants 1 et 2 et comporte des points de rupture pour les enseignants 3 et 4. Cette distinction tient, pour nous, de deux éléments : le choix de la situation de départ et la capacité de l’enseignant à maintenir cette cohérence. Le choix d’une situation bien maîtrisée et connue permet, en effet, de limiter les ruptures de cohérence : l’enseignant 1 demande aux élèves de proposer un protocole à partir du matériel qui a déjà été prévu et qui est connu, l’enseignant 2, en début de séance, fait mobiliser par les élèves les connaissances dont ils auront besoin pour formuler leurs hypothèses et concevoir leur protocole. À l’inverse, l’enseignant 3 demande aux élèves de mettre en œuvre une stratégie alors que le milieu ne leur donne aucune rétroaction leur permettant de la mettre au point et l’enseignant 4 impose aux élèves un protocole ne leur permettant pas de tester leurs hypothèses. Les situations des enseignants 1 et 2 sont des situations « classiques » des démarches d’investigation (on retrouve ces situations sur des sites Internet proposant des ressources pour les enseignants1) alors que la situation de l’enseignant 3 semble être une situation construite par celui-ci et que la situation de l’enseignant 4 est une situation qu’il a étudiée lors de sa formation à l’IUFM2 mais qu’il a adaptée très fortement. La question qui se pose alors est la façon dont les enseignants choisissent leurs ressources, autrement dit, c’est celle du travail documentaire des enseignants (Gueudet, Aldon & Trouche, 2011). Le deuxième point concerne la capacité de l’enseignant à maintenir une cohérence entre milieu et contrat : l’enseignant 1 se trouve face à une rupture potentielle lorsque l’élève lui fait remarquer que c’est le matériel disponible qui va leur permettre de concevoir le protocole. En introduisant un nouveau jeu de description de ce matériel, et ensuite en demandant en quoi il peut permettre de tester les hypothèses, l’enseignant conserve la cohérence entre milieu et contrat. L’enseignant 4, quant à lui, ne maintient pas cette cohérence, alors qu’il lui aurait été possible de le faire en introduisant des jeux d’apprentissage de type argumentatif à propos du choix de la modélisation ou du protocole expérimental.

Discussion et conclusion

55Notre étude visait à proposer des catégories de description des séances de classe fondées sur l’investigation, notre hypothèse étant que celles-ci demandent des éléments de contrat didactique spécifiques. Nous avons analysé les quatre séances observées en termes de jeux d’apprentissage et de jeux épistémiques, ce qui a permis de mettre en évidence différents niveaux de cohérence entre contrat et milieu. L’étude conduit ainsi à distinguer les séances observées. Notre étude précédente (Cross, 2013) nous avait amenés à conclure que les séances observées, fondées sur l'investigation, respectaient la forme proposée par le programme, sans pour autant en respecter le fond. La présente étude tend à confirmer ce premier résultat. Cette analyse permettra lors de recherches ultérieures d’évaluer les effets des enseignements fondés sur les démarches d’investigation en dépassant la distinction habituelle entre séance « traditionnelle » et « démarche d’investigation » : ces approches de l’enseignement ne sont pas distinguées uniquement par leur référence à tel ou tel modèle, par leur labélisation en quelque sorte, mais par l’analyse en termes d’intrication des jeux d’apprentissage et des jeux épistémiques croisée avec celle de la dialectique entre contrat et milieu didactiques.

56Notre étude souligne aussi la difficulté pour les enseignants qui mettent en œuvre une démarche d’investigation de maintenir une cohérence entre milieu et contrat didactiques. Cette difficulté est susceptible de conduire à un apprentissage beaucoup plus faible pour les élèves, notamment en ce qui concerne les apprentissages d’ordre épistémologique. Cette difficulté peut conduire à plusieurs cas de figure mis en lumière par la communauté des didacticiens. Citons notamment :
- Le risque de faire de la démarche d'investigation, interprétée comme une succession de tâches, un objet d'apprentissage en lui-même (Marlot, 2008) ;
- La fermeture des séquences d'investigation due à la difficulté à gérer l'incertitude. Par exemple en demandant aux élèves de choisir entre deux hypothèses puis de vérifier celle choisie (Mathé, 2010) ;
- Une mise en avant de l'importance de l'apprentissage du lexique (Calmettes, 2010), qui peut déboucher sur un apprentissage déconnecté du phénomène étudié ;
- Une « recentration » de la séance sur des apprentissages notionnels avec une posture inductiviste et dogmatique (Gandit, Triquet & Guillaud, 2013).

57Ces difficultés sont pour nous le signe, au moins en partie, de la difficulté à mettre en œuvre un contrat didactique adapté aux démarches d’investigation. Balacheff (1987) a mis en évidence, lors de l’étude du processus de preuve en mathématiques, la difficulté pour certaines classes à accepter un contrat didactique adapté à ces situations de preuve. Cette difficulté tient à la négociation d’éléments de contrat didactique spécifiques par rapport à des éléments plus génériques. La situation de preuve en mathématiques peut être rapprochée des démarches d’investigation du fait du changement de type d’argumentation et de façon de procéder qui est demandé aux élèves.

58Une première solution qui peut être apportée pour faciliter l’entrée des élèves dans ces démarches d’investigation consisterait en l’instauration d’une progressivité, comme le proposent Morge et Marlot (2012). C’est ce que nous avons pu vérifier dans les stratégies mises en œuvre par les deux enseignants qui parviennent à maintenir la densité épistémique et la cohérence entre milieu et contrat didactiques : ils commencent par guider les élèves dans la mobilisation des connaissances qui seront nécessaires à l’investigation, soit en les faisant rappeler en début de séance, soit en proposant un matériel expérimental limité. Rien ne les empêche, cependant, lors de séquences ultérieures, de laisser plus d’autonomie aux élèves sur ces deux dimensions.

59Une autre solution serait d’attirer l’attention des enseignants sur l’importance de l’analyse préalable des situations proposées aux élèves. D’une part, ce n’est pas vraiment l’attrait supposé de la situation de départ qui compte, comme le montre la situation de la lampe de poche perdue au musée. Ce qui importe, dès la conception de séquence, c’est de prendre en compte les connaissances et surtout les représentations initiales qui seront mobilisées par les élèves. Les études en didactique ont largement exploré ce champ mais leur appropriation par les enseignants reste souvent à parfaire. D’autre part, ce n’est pas vraiment la mise en commun des idées des élèves qui sera le moteur de leur progression, comme le montre la séance sur les circuits électriques. Ce qui importe, c’est la justification de ces propositions au regard de leur adéquation aux connaissances nécessaires et aux hypothèses à tester. C’est aussi l’anticipation de moyens pour enrichir le milieu didactique lorsqu’il se révèle incapable de fournir aux élèves les rétroactions nécessaires à la résolution du problème étudié. C’est donc la qualité des ressources proposées aux enseignants et celle de leur travail documentaire qui sont à transformer, comme le questionnent Gueudet, Aldon et Trouche (2011).

60En conclusion, si la nécessité de mesurer l’efficacité des démarches d’investigation, pour que le débat autour de ces démarches puisse être alimenté par des arguments de nature scientifique et non pas idéologique, semble une évidence, reste le problème de savoir comment mesurer cette efficacité. Nous avons montré que la mise en œuvre des démarches d’investigation est un processus complexe, que ce soit dans le choix d’une situation appropriée, ou lors de la régulation en classe de la progression de la séance par l’enseignant. Cette complexité génère une large disparité dans la conception et la mise en œuvre pratique de ces démarches. Pour comparer l’efficacité de ce type d’enseignement il faut donc disposer de descripteurs des situations et de leurs mises en œuvre afin de pouvoir comparer ce qui est fait avec une plus grande validité. Notre étude a visé à construire de tels descripteurs. Toutefois, les concepts de jeux d’apprentissage, de jeux épistémiques, de contrat et de milieu didactiques n’étant pas spécifiques aux séances de classe fondées sur l’investigation, nous pouvons penser que ce type d’analyse peut être généralisable à d’autres situations d’enseignement.

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Annexe

Situation proposée par l’enseignant 2 aux élèves : la maison de monsieur Martin

Figure 6 : la maison de M. Martin

Figure 6 : la maison de M. Martin

L’histoire de la maison de M. Martin

Monsieur Martin a acheté un terrain pour y faire construire sa maison.

Sur son terrain carré, il y a un très gros et très haut sapin dont les branches tombent jusqu’au sol et ne laissent pas passer la lumière.

Le terrain est bordé par un mur, les trois autres côtés ne possèdent ni mur, ni clôture.

Juste au coin de son terrain, il y a un réverbère qui s’allume la nuit. Source ponctuelle.

Monsieur Martin a déjà fait le plan de sa maison, mais ne sait pas encore comment il va la placer sur son terrain.

La seule chose qu’il sait, c’est qu’il ne veut pas que la fenêtre de sa chambre soit éclairée la nuit par le réverbère (il ne tient pas à mettre de volets car il aime être réveillé par la lumière du jour, mais ne souhaite pas être dérangé par la lumière du réverbère la nuit) et le jour, il veut une vue sur son sapin.

Monsieur Martin demande à des architectes de l’aider. Il leur demande de :
- Compléter le plan du terrain en y ajoutant le tracé de la maison avec l’emplacement de la fenêtre (pour l’envoyer aux constructeurs) ;
- De lui prouver qu’avec l’emplacement choisi, sa fenêtre ne sera pas éclairée par le réverbère.

Vous êtes les architectes.

Attention, la loi impose une distance d'au moins 1,90 mètre entre le mur d’une maison comportant une ouverture et la limite du terrain

Cahier des charges

Placer la maison sur le plan du terrain pour que :
- la fenêtre au rez-de-chaussée ne soit pas éclairée directement par le réverbère ;
- le jour, monsieur Martin puisse voir son sapin de sa fenêtre.

Tracer le contour de la maison sur le plan du terrain, en indiquant l’emplacement de la fenêtre.

Indiquer sur le plan, de façon très précise, quelles sont les parties du terrain éclairées par le réverbère et quelles sont celles qui ne le sont pas.

Écrire une lettre à monsieur Martin. Celle-ci doit expliquer clairement à monsieur Martin pourquoi l’emplacement choisi répond à ses attentes.

Matériel

Plan du terrain

Maison

Sapin

Source lumineuse

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Notes

1 Voir : <http://svtcanonne.over-blog.com/pages/6eme-svt-9-les-besoins-nutritifs-des-organismes-vivants-4550040.html pour la situation à propos des besoins nutritifs des végétaux chlorophylliens et http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/40041375/0/fiche___ressourcepedagogique/ pour la situation sur les ombres propres et les ombres portées>.

2 Institut universitaire de formation des maitres.

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Table des illustrations

Titre Figure 1 : représentation de la transposition dans le cas des démarches d’investigation en termes de jeux épistémiques et de jeu d’apprentissage
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/946/img-1.JPG
Fichier image/jpeg, 54k
Titre Figure 2 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 1
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/946/img-2.JPG
Fichier image/jpeg, 110k
Titre Figure 3 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 2
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/946/img-3.JPG
Fichier image/jpeg, 94k
Titre Figure 4 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps pour l’enseignant 3
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/946/img-4.JPG
Fichier image/jpeg, 91k
Titre Figure 5 : représentation des jeux d’apprentissage en fonction du temps didactique pour l’enseignant 4
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/946/img-5.JPG
Fichier image/jpeg, 86k
Titre Figure 6 : la maison de M. Martin
URL http://journals.openedition.org/rdst/docannexe/image/946/img-6.JPG
Fichier image/jpeg, 69k
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Pour citer cet article

Référence papier

David Cross et Michel Grangeat, « Démarches d’investigation : analyse des relations entre contrat et milieu didactiques », RDST, 10 | 2014, 155-82.

Référence électronique

David Cross et Michel Grangeat, « Démarches d’investigation : analyse des relations entre contrat et milieu didactiques », RDST [En ligne], 10 | 2014, mis en ligne le 31 décembre 2016, consulté le 07 août 2020. URL : http://journals.openedition.org/rdst/946 ; DOI : https://doi.org/10.4000/rdst.946

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Droits d’auteur

© Éditions de l’École normale supérieure de Lyon

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