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Dossier

Édito - Les démarches d’investigation : utopie, mythe ou réalité ?

Bernard Calmettes et Yves Matheron

Texte intégral

1Les démarches d’investigation pour l’enseignement des sciences et des mathématiques ont été introduites en France dans les programmes de l’École Primaire (MEN, 2002), de Collège (MEN, 2005), des Lycées Professionnels (MEN, 2009) et dans une forme dérivée dite « démarche scientifique » dans les Lycées (MEN, 2010).

2Les chercheurs en didactique ont investi cette forme d’enseignement et/ou d’apprentissage comme un objet pour leurs recherches, pour des analyses curriculaires, des analyses de pratiques, des propositions de séances de classe ou de formations. Leurs travaux sont inscrits dans des symposiums organisés lors de différentes manifestations (AREF, Ardist) et dans des colloques dédiés (par exemple, Loisy & al., 2010 ; Matheron & al., 2012), dans des revues scientifiques (par exemple, Recherches en Didactique des Mathématiques, Recherches en Didactique des Sciences et des Technologies, Spirale, Tréma) et dans des ouvrages collectifs (Calmettes, 2012 ; Grangeat, 2013 ; Marlot & Morge, 2015).

3Ce dossier constitue ainsi un nouvel état des lieux actualisé de ces recherches, avec l’objectif de mettre en évidence et en forme, relativement aux démarches d’investigation, des problématiques de nature didactique, épistémologique et curriculaire dans les domaines des mathématiques et des disciplines scientifiques (physique, sciences de la vie et de la Terre).

1. Contexte général : des références pour les démarches d’investigation ?

4D’un point de vue économique, politique et curriculaire, ces démarches sont inscrites dans un cadre européen (Eurydice, 2006 ; Rocard et al., 2007) et mondial (par exemple, AAAS, 1993). Elles ont été proposées notamment afin de résoudre des problèmes liés à une certaine désaffection des jeunes pour les études scientifiques, ce qui pourrait in fine nuire au développement scientifique, technologique et économique des pays (Boilevin, 2013).

5Il s’agit, selon ces textes internationaux, de relever le défi d’un renouvellement des démarches d’enseignement des sciences, des mathématiques et des technologies en cherchant à rendre l’apprentissage plus actif, plus motivant. Les démarches d’investigation ont été déclinées, mises en texte et en œuvre de manières différenciées, par exemple aux États-Unis (avec diverses versions, Inquiry-Based Science Education : IBSE ; Inquiry-Based Instruction : IBI ; Inquiry-Based Teaching : IBT) et en France. Ces déclinaisons variées peuvent certainement être mises en relation, au moins partiellement, avec des références historiques et culturelles distinctes. Dans le monde anglo-saxon, l’enquête (inquiry) répond à un besoin ou à une activité sociale pratique (référence à Dewey). En France la rationalité, l’explication d’origine théorique, la vérité pourraient être rattachées à la rupture épistémologique entre sens commun et savoir scientifique (Bachelard) et à une méthode plutôt hypothético-déductive (Fabre, 2005, 2009 ; Coquidé et al., 2009).

6D’un point de vue institutionnel et didactique, en France, ces démarches peuvent aussi être pensées dans le cadre d’une longue filiation dans une lignée comprenant par exemple les propositions didactiques des équipes de l’INRP (post 1969), les programmes officiels depuis 1969 et les plans rénovés, pour l’enseignement des sciences et des technologies dans l’enseignement primaire (depuis 2002) ou encore dans des dispositifs d’enseignement ouverts tels que les Itinéraires De Découverte (IDD) au Collège et les Travaux Personnels Encadrés (TPE) au Lycée.

7Certainement peut-on voir dans ces développements des apports des didactiques, notamment de la didactique des mathématiques, à partir des propositions de Brousseau et de la théorie des situations didactiques (Brousseau, 1998) ou de Chevallard et de la théorie anthropologique du didactique, notamment en ce qui concerne les Parcours d’Étude et de Recherche (PER) (Chevallard, 2005).

2. Les démarches d’investigation : généricité et spécificités épistémologiques et didactiques

8On pourrait repérer des approches communes entre les différentes déclinaisons des démarches d’investigation, surtout lorsque les textes officiels évoquent les finalités des actions et des activités des élèves. Sur ce point, les prescriptions semblent même rejoindre certaines des préconisations des chercheurs. Les élèves doivent ainsi effectivement participer à la résolution des problèmes de recherche et pour cela ils doivent être engagés dans une activité originale d’ordre conceptuel et scientifique. Le terme « socioconstructivisme » est alors souvent employé en tant que valeur et principe relativement à ce qui doit être mis en œuvre dans les classes. Ce terme peut être décliné sur un versant épistémologique (le constructivisme bachelardien par exemple) et sur un versant lié aux processus d’enseignement-apprentissage (avec des références aussi bien à Piaget qu’à Vygotski) ; les deux versants étant supposés se rencontrer et se compléter par l’action et l’activité, dans les situations… Ce qui ne va pas toujours de soi (Bächtold, 2012 ; Calmettes & Boilevin, 2014) surtout lorsque les modalités d’évaluation cherchent à prendre en compte – ou pas – des contenus méthodologiques et épistémologiques (Nature of Science).

9Maschietto résume alors la situation en relevant que, actuellement, il n’existe pas de réelle forme de consensus dans le monde des institutions éducatives des États et dans le monde de la recherche sur ce que sont ou sur ce que devraient être précisément les démarches de type investigation. Ce que l’on repère dans les publications des recherches dans lesquelles sont mises en œuvre des analyses des curriculums formels et réalisés relatifs à ces démarches, ce sont, selon l’auteure, des acceptions qui « constituent un miroir de diverses représentations des démarches d’investigation » (Maschietto, 2010, p. 190).

10Les textes officiels en France, notamment l’introduction commune aux programmes de mathématiques, de sciences et des technologies du Collège, présentent « la » démarche d’investigation comme pouvant relever d’une suite de « moments » plus ou moins agencés. Même s’il est précisé que la mise en œuvre de tous ces moments n’est pas indispensable et s’il est également indiqué qu’il peut exister des allers-retours entre ces différentes phases, est néanmoins fortement présent le risque d’interpréter que, ce qui est présenté comme une démarche, relèverait finalement plutôt d’une méthode.

11Les études des pratiques ordinaires montrent que de ce flou institutionnel, entre ouverture et structuration linéaire de la démarche, ressort une très grande variété de mises en œuvre difficiles à classifier.

12Les chercheurs en sciences de l’éducation, en didactique (ou leurs équivalents anglo-saxons) ont investi et investissent les démarches d’investigation et les démarches assimilées selon diverses orientations, praxéologiques ou heuristiques. C’est ainsi que, par exemple, sont mis à l’étude :

  • la relation (et non l’identité), les différences et les écarts entre les démarches en classe et les démarches de recherche en sciences, en technologie ou en mathématiques ; la recherche d’une minimalisation de ces écarts par la définition de critères épistémologiques permettant de légitimer les démarches en classe (Grandy & Duschl, 2007 ; Lunetta & al., 2007 ; Albe & Orange, 2010 ; Maurines, 2011) ;

  • les conditions et les contraintes institutionnelles telles que l’organisation de l’École, l’épistémologie « spontanée » (belief, knowledge) des enseignants (Triquet & al., 2012), la formation (Brown & Melear, 2006 ; Grindstaff & Richmond, 2008 ; Luft, 2009), l’engagement des élèves, les attentes sociales envers la transmission de savoirs, de la culture et de l’éducation citoyenne, etc. ; ou spécifiques relativement au savoir qui rendent certaines formes d’étude par la recherche possibles et d’autres qui les oblitèrent (Matheron & Noirfalise, 2011).

3. Problématiques et questionnements

13L’appel initial lancé aux chercheurs pour ce dossier les incitait à faire état de leurs avancées, en termes de réflexions, d’analyses, de méthodologies et de cadres théoriques pour étudier les différentes dimensions des démarches d’investigation exposées ci-dessus. Nous attendions donc des articles de recherche portant sur les aspects épistémologiques et didactiques des démarches, sur les apports et les limites de ces démarches en termes d’enseignement et d’apprentissage des sciences et des mathématiques, sur des propositions de mises en œuvre (de type ingénierie didactique), sur la perception de ces démarches par les enseignants.

  • Comment peuvent être analysés a priori les textes institutionnels relatifs à ces démarches de type « investigation » ? Est-il possible d’en donner une définition commune, ou au contraire, cela est-il impossible ? Peut-on penser les démarches d’investigation d’une manière « unitaire » entre les disciplines, comme les textes semblent l’exprimer ?

  • Apprend-on aux élèves, avec les démarches d’investigation, à « faire de la science » (cf. les problématiques anglo-saxonnes liées à la Nature Of Science) ? Et donc, au-delà, qu’entend-on par « faire de la science » en classe ?

  • Qu’est-ce qui pilote les activités des enseignants dans leurs préparations ou/et dans les mises en œuvre des séances : les savoirs ? Les méthodes et les techniques ? Une démarche… et laquelle ?

  • Quels sont les poids des déterminismes institutionnels (textes officiels et contextes des pratiques – matériel, durée, niveau des élèves) dans les déroulements des situations de classe ?

4. Les propositions des auteurs

14Prenant acte de l’absence d’une définition partagée et d’un consensus relativement à ce que recouvrent les démarches d’investigation, Jean-Yves Cariou porte intérêt depuis plusieurs années aux fondements épistémologiques et psychologiques sur lesquels ces démarches, dans le domaine de l’enseignement scientifique, pourraient s’appuyer. Selon lui, il est ici particulièrement important de développer dans les classes « l’esprit créatif et l’esprit de contrôle ». Au terme d’une analyse de l’état des lieux des recherches sur cette thématique, il propose dans son article une modélisation de ces fondements à partir de critères susceptibles de qualifier une démarche d’investigation en classe. Jean-Yves Cariou insiste sur le concevoir et le contrôler comme critères permettant de développer « l’esprit créatif » (une part d’imaginaire) et « l’esprit de contrôle » (une part de rigueur) chez les élèves, participant ainsi à un processus de production conforme à « l’esprit scientifique ».

15Maryline Coquidé et Estelle Flatter portent intérêt aux facteurs pouvant influencer les élaborations et les mises en œuvre des démarches d’investigation par des enseignants en sciences de la vie et de la Terre (SVT). Leur travail repose sur des études de cas comprenant d’importants recueils de données avec des entretiens préliminaires, des enregistrements de séances et des entretiens d’auto-confrontation. L’analyse fine met en tension les aspects curriculaires des situations (contenus à enseigner, matériels, durées des séances), les problématiques pédagogiques et didactiques (guidage des activités par les enseignants et autonomie des élèves), les caractéristiques complexes des démarches d’investigation. Les auteures renouvellent et approfondissent des résultats de recherche antérieurs, mettant en exergue les difficultés pour les enseignants, d’une part, à conjuguer des « organisations curriculaires strictes » et, d’autre part, à mettre en œuvre la souplesse et l’ouverture nécessaires à d’authentiques démarches d’investigation. Les chercheures interprètent ces difficultés notamment à partir de possibles habitus, aussi bien du côté des élèves que du côté des enseignants, et à des effets de contextes curriculaires. Elles soulignent la nécessité de développer la circulation de ressources élaborées par les enseignants ou par des collectifs d’enseignants.

16Dans leur recherche, Luz Helena Martinez Barrera, Cécile de Hosson et Nicolas Décamp discutent de la mise en œuvre de démarches d’investigation dans le cadre de la formation continue d’enseignants du premier degré, non-spécialistes en sciences, dans deux pays, la France et la Colombie, où les curriculums formels promeuvent ces démarches. Les auteurs ont construit une action de formation dont la thématique scientifique, en termes de contenu, est non familière aux formés. Il s’agissait alors, pour eux, de porter particulièrement intérêt aux conditions nécessaires à une construction des savoirs. À partir du cadre de la problématisation (Fabre, 2009 ; Fabre & Orange, 1997 ; Orange, 2003) et de l’analyse des interactions langagières des enseignants, les auteurs montrent, d’une part, quelles sont les difficultés auxquelles se confrontent les formés (l’investigation elle-même, les contenus scientifiques) et, d’autre part, comment il est possible de les dépasser. Les propositions de Dewey relatives à l’enseignement par problème (inquiry) semblent ici particulièrement fécondes. Elles permettent de considérer, d’une part, que « la production du savoir en science relève autant de la construction des problèmes que de leur résolution » et, d’autre part, que cette production aura réellement lieu si l’attention est particulièrement portée au guidage des activités ; ici, par les formateurs.

17Alain Jameau et Jean-Marie Boilevin étudient les déterminants de l’action enseignante lors de la construction et la mise en œuvre d’un enseignement fondé sur l’investigation, en classe de troisième (élèves de quinze ans), lors de l’enseignement physique de la mécanique. Ils intègrent pour ce faire des cadres théoriques didactiques (didactique des sciences, didactique professionnelle) et des concepts issus des travaux sur les PCK (pedagogical content knowledge). Les déterminants de l’action sont identifiés à partir de l’analyse de l’activité des enseignants en cours de séance et des tâches prescrites aux élèves. Ces déterminants peuvent être en partie référés au PCK, aux connaissances des enseignants sur « la façon dont les élèves apprennent les sciences » et à « l’historique des apprentissages précédemment construits » (mémoire didactique).

18Corinne Marlot et Ludovic Morge explorent une autre piste pour étudier l’action et ses déterminants, ainsi que les difficultés des enseignants lors de la mise en œuvre des démarches d’investigation en classe : les normes professionnelles à caractère doxique, ancrées dans des « principes issus de prescriptions primaires et secondaires qui leur confèrent une légitimité ». Ces normes diffèrent des habituelles croyances, conceptions et représentations par le fait qu’elles sont donc professionnellement ancrées et qu’elles pourraient être, de fait, partagées. Les auteurs construisent alors une « hypothèse relationnelle » entre les difficultés de mise en œuvre des démarches et ces normes doxiques. Ils illustrent ensuite le pouvoir de cette hypothèse dans l’explication de phénomènes didactiques repérés en classe de science en maternelle (élèves de quatre et cinq ans). Ces normes pourraient concourir à donner à l’activité de l’enseignant une certaine cohérence en lui permettant notamment de gérer par exemple les dilemmes et la complexité apparaissant dans les situations. Les auteurs proposent in fine de discuter les relations entre ces normes professionnelles qui participent à l’enseignement, des sciences dans cette contribution, et la conscience disciplinaire des élèves.

19La question de la définition commune des démarches d’investigation pour les sciences (dans ce cas les SVT) et pour les mathématiques fait l’objet de l’article de Magali Hersant et de Denise Orange-Ravachol. Leur analyse critique, menée d’un point de vue épistémologique, montre que cette définition commune, hormis le fait qu’elle est formulée comme quasi évidente dans les textes institutionnels, n’a rien de tel. En particulier les différences liées à l’expérimentation et aux modalités de validation posent de sérieux problèmes à une approche générique pour ces démarches. C’est dans l’activité de construction des savoirs, par la problématisation, que l’on peut trouver, selon les auteures, la possibilité de penser des éléments de démarches communs. Le cadre de la problématisation permet alors d’envisager l’étude des situations du point de vue de l’enquête elle-même, de dire ce qui est possible ou impossible et de rendre compte du nécessaire. Les auteures concluent leur article en relevant de manière pertinente qu’un des enjeux communs aux démarches dans les deux disciplines est aussi celui de la « relativité de la vérité », non mentionné dans les textes institutionnels et peu questionné par les enseignants.

20Depuis la théorie anthropologique du didactique et à l’aide du concept de praxéologie, Floriane Wozniak interroge, elle aussi, ce que peut recouvrir le concept de démarche d’investigation. En s’appuyant sur la définition bachelardienne de la connaissance scientifique en tant que « réponse à une question », elle met en évidence les présupposés communs à ce que les institutions mettent derrière ce concept. La construction de la réponse, qui aboutit à la connaissance puis au savoir, est modélisée dans cette contribution selon le schéma herbartien relatif à l’étude d’une question au sein d’un système didactique. Sa dynamique est engendrée par la dialectique des médias, qui portent l’intention d’informer ceux qui savent les interpréter, par exemple une formule mathématique, et des milieux dénués d’intentions en ce qui concerne les réponses qu’ils apportent en tant que rétroactions. La question qui intéresse alors le chercheur est celle de la place (topogénèse), c’est-à-dire du rôle des acteurs, professeur et élèves, dans la construction de la dialectique média-milieu (mésogénèse). Elle débouche sur la recherche, encore ouverte, des conditions à mettre en place et des contraintes non modifiables dont il faut tenir compte pour que vive, dans les classes, une authentique « pédagogie de l’enquête ». Cette dernière intention est, pour l’auteure, portée par le vaste courant pédagogique qui, depuis un siècle, va de Dewey aux promoteurs actuels des démarches d’investigation, quelles que soient les formes que ces dernières prennent.

21La diversité de situations qu’importe le terme de démarche d’investigation est encore illustrée par les trois contributions suivantes, qui prennent pour support les savoirs mathématiques.

22Ghislaine Gueudet et Marie-Pierre Lebaud convoquent la notion de contrat didactique pour étudier en quoi celui-ci est modifié lorsque les technologies de l’information et de la communication sont utilisées au sein d’une démarche d’investigation. Sur les exemples qu’elles donnent, le recours à des logiciels de géométrie dynamique, de calcul fonctionnel ou la recherche sur l’Internet, par la nature des rétroactions qu’ils fournissent, changent et enrichissent le milieu. Elles montrent sur un premier exemple que la présence de ces artéfacts ne garantit pas nécessairement un accroissement de la place des élèves, ni dans la recherche ni dans l’avancée du savoir ; le professeur conserve une place prépondérante. Deux autres exemples contrebalancent ces résultats. Les deux auteures insistent alors sur la potentialité ou non des logiciels à laisser aux élèves la responsabilité de mener une enquête (ce terme renvoyant aussi bien à une investigation large, extradisciplinaire, qu’à une recherche au sein d’un savoir donné, comme les mathématiques) et à émettre ou non des conjectures : c’est-à-dire sur la possibilité qu’ils leur laissent dans la construction d’un milieu à partir duquel l’avancée dans le savoir, fruit de l’enquête, sera possible. Les auteures indiquent alors certaines des conditions portant sur le rapport antérieur des élèves au savoir, sur son degré plus ou moins grand de nouveauté, sur l’aide à la modélisation que fournit le logiciel. Si ce n’était le cas, et à partir des exemples contrastés dont il fournit l’analyse, cet article amène à la conviction que le recours aux technologies de l’information et de la communication pour l’enseignement (TICE), en changeant le contrat et en apportant des potentialités nouvelles de construction d’un milieu, ne dispense pas d’une analyse didactique préalable si l’on souhaite engager les élèves dans une démarche d’enquête dont ils seront en grande partie les acteurs et non les sujets passifs.

23La contribution de Francesca Morselli, Elisabetta Panucci et Monica Testera nous donne à voir une autre déclinaison du concept de démarche d’investigation. En Italie, à l’investigation est adjointe l’explication vue comme discours produit par les élèves, et visant à rendre évident le caractère de vérité d’une proposition. Les auteures illustrent le concept de Démarche d’Investigation et d’Explication à partir de la recherche par des élèves de 11-12 ans de rectangles de même périmètre : 20 cm. La démarche dans laquelle ils s’engagent nécessite la mobilisation des cadres géométrique et arithmétique : la connaissance du demi-périmètre suffit et le problème revient à la recherche de deux nombres dont la somme est 10. Cette démarche prend place dans un dispositif que les instructions scolaires italiennes désignent du nom de « laboratoire de mathématiques ». On retrouve au-delà des Alpes, une idée émise il y a plus d’un siècle par le mathématicien Émile Borel, en 1904 dans une conférence donnée au « Musée Pédagogique », mais jamais mise en œuvre dans le contexte français. Par ailleurs, l’activité mathématique qui est déployée dans la classe, et que décrit cette contribution, associe indubitablement un caractère expérimental de type papier-crayon à une activité « démonstrative ». Ceci incline à relativiser la dichotomie qu’opère l’introduction commune aux programmes français de mathématiques, de sciences et de technologie du Collège, dans son paragraphe relatif à la démarche d’investigation. « En ce qui concerne la validation, par l’expérimentation d’un côté, par la démonstration de l’autre » mentionne-t-il : l’un des côtés étant celui des sciences et de la technologie, et l’autre celui des mathématiques.

24L’une des contributions précédentes mentionnait l’absence d’évaluation de l’expérience de démarche d’investigation qu’elle exposait. C’est en partie à réparer ce manque que s’attache le texte rédigé par Michèle Gandit. L’évaluation y assume une fonction formative, auto-formatrice pour l’élève, et aide à réguler, du point de vue du professeur, le processus de recherche dévolu à la classe. Deux modèles d’évaluation sont présentés. Le premier, engageant quatre variables prenant chacune quatre valeurs, permet au professeur d’évaluer l’implication des élèves dans l’action scientifique au cours du processus de démarche d’investigation en mathématiques. Le second, lui aussi se déclinant selon quatre variables, est destiné à l’élève dans une démarche d’évaluation formative. L’auteure montre que le changement de contrat didactique induit par un enseignement sous forme de démarche d’investigation, ainsi que ses répercussions sur les modalités différentes d’évaluation proposées dans l’article, nécessitent une formation spécifique des enseignants, tant est grand le changement de posture du professeur et des élèves.

5. Les démarches d’investigation au cœur des problématiques de recherche et d’enseignement

25Comme le lecteur pourra s’en rendre compte, la diversité des contributions constitutives de ce numéro est loin d’épuiser les questions que posent la conception et la mise en œuvre des démarches d’investigation dans l’enseignement scientifique. Néanmoins, à travers les expériences relatées et les analyses qui les accompagnent, perce l’idée commune de faire en sorte que l’École permette l’engagement des élèves dans une démarche de recherche. Sans doute peut-on exprimer, à travers ce mouvement, que la société poursuit le programme des Lumières qui assigne à l’École la formation « d’esprits libres et éclairés » selon la formule de Condorcet, tout en le prolongeant. Ce prolongement porterait l’idée selon laquelle les futurs citoyens, dont la formation ne saurait s’interrompre à la sortie du système éducatif, disposeraient ainsi des moyens leur permettant de s’instruire ultérieurement des savoirs que l’École n’a pu leur enseigner ; soit en raison de choix portant sur les savoirs composant ou non le curriculum, soit parce que les questions qui surgissent ou surgiront n’ont pas encore été étudiées et que la construction de leurs réponses est laissée au soin des générations futures.

26Il s’agit toujours, dans une démarche d’investigation, de conduire les élèves vers les savoirs visés, qui restent à étudier, mais à travers une activité qui tendrait à les faire se comporter d’une certaine manière comme des scientifiques. Remarquons que ce faisant, on ne considère guère que le domaine du travail du scientifique vu par la société comme étant le plus noble et le plus spécifique de cette profession : celui de la recherche. La question sous-jacente à toutes ces contributions semble renvoyer à la difficulté, non encore résolue mais sur laquelle la recherche en éducation et en didactique se penche, de la transposition d’une activité définitoire d’une institution, celle de la Recherche, vers une autre institution, celle de l’École, dont l’activité définitoire relève de l’étude et de l’éducation à l’étude.

27Comment alors, pour cette institution-cible, prendre en charge et mettre en place des conditions nouvelles qui restent en grande partie à inventer et qui permettront l’engagement des élèves dans la recherche, tout en tenant compte des contraintes spécifiques à cette institution, non modifiables et propres à l’étude ?

28Les propositions des chercheurs mettent en évidence que la « meilleure balance » entre les possibles et les contraintes (épistémologiques, didactiques, pédagogiques, curriculaires) relève in situ d’un équilibre souvent très instable au regard des idéalités portées par les finalités des démarches d’investigation. C’est, dans tous les cas, l’une des questions fondamentales que soulèvent les formes didactiques nouvelles, que l’on regroupe derrière l’expression commode parce qu’englobante de « démarche d’investigation », et qui, loin d’être résolue, est ouverte à la recherche par ce numéro de Recherches en Éducation.

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Pour citer cet article

Référence électronique

Bernard Calmettes et Yves Matheron, « Édito - Les démarches d’investigation : utopie, mythe ou réalité ? »Recherches en éducation [En ligne], 21 | 2015, mis en ligne le 01 janvier 2015, consulté le 28 septembre 2021. URL : http://journals.openedition.org/ree/7483 ; DOI : https://doi.org/10.4000/ree.7483

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Auteurs

Bernard Calmettes

Unité Mixte de Recherche Éducation Formation Travail Savoir, Université de Toulouse

Articles du même auteur

Yves Matheron

Unité Mixte de Recherche Apprentissage, Didactique, Évaluation, Formation, Aix-Marseille Université

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