2. Quelques éléments didactiques
1. Qu'est-ce qu'enseigner les sciences ?
Avant d'entrer dans le vif du sujet, il est essentiel de se reposer la question : qu'est-ce qu'enseigner les sciences ?
A l'heure actuelle, enseigner les sciences consiste plus à faire de la médiation, c'est-à-dire à faire interagir "apprenants" et "savoirs, démarches, enjeux scientifiques". On est donc loin de la vulgarisation scientifique. Mais quelle est la différence entre "médiation" et "vulgarisation" ?
Voici ce qu'en dit Richard-Emmanuel Eastes, chercheur associé au Laboratoire de Didactique et d'Epistémologie des Sciences de l'Université de Genève :
Enseigner les sciences, c'est donc procéder à un acte de médiation du savoir.
2. Les régimes de production de la connaissance
De nos jours il est difficile de faire la différence entre croyances, sciences, pseudosciences,… . De plus, l’ensemble des discours mélange les différents régimes de production de la connaissance, de la « vérité ».
Voici les 6 régimes de production de la connaissance :
- performatif : on ne comprend pas vraiment pourquoi mais on a l’impression que ça marche toujours (ex : l'homéopathie).
- traditionnel : la connaissance est transmise de génération en génération et cela ne se fait pas de la remettre en question (ex : l’influence de la Lune sur les êtres vivants).
- transcendant : la connaissance est transmise par quelqu’un qui représente l’autorité et que l’on ne peut pas contredire (ex : les religions).
- construit : la connaissance est établie selon des règles strictes par une communauté, qui cherche à l’invalider (ex : la science).
- conspirationniste : la connaissance est imposée selon des mécanismes pernicieux, notamment en essayant d’insuffler de la méfiance ou le doute (ex : le climato scepticisme).
- agnotologique : des mensonges sont intentionnellement déclarés comme vrais par intérêt (ex : l’industrie du tabac).
Enseigner cela, dans notre société de l'information, est essentiel.
Source : Richard-Emmanuel Eastes (https://vimeo.com/275614069?ref=fb-share&1)
3. Les enjeux de notre société ne sont pas disciplinaires
A l’ère du numérique, de l’intelligence artificielle, des questions socialement vives, de l’accroissement des connaissances, de l’évolution des modes de vie, il est grand temps de revoir les priorités et de bousculer quelque peu non seulement les domaines disciplinaires, mais aussi les deux autres entrées du PER. Certains pays ont déjà franchi le pas comme la Finlande, qui va devenir le premier pays à supprimer toutes les matières scolaires (1).
D’aucun diront que le PER est un fourre-tout et qu’il faut revenir vers les apprentissages fondamentaux, lire, écrire et compter.
Or, il s’agit plutôt de repenser les apprentissages fondamentaux en fonction des nouveaux enjeux de notre société en transformation.
Lire un mode d’emploi est important. L’étude du texte injonctif est fait pour cela. Mais de nos jours, pour un citoyen, il est également essentiel par exemple de pouvoir recourir aux ressources en ligne de l’administration, de savoir décrypter un message visuel d’une affiche, de pouvoir estimer le degré de confiance d’une information transmise via un réseau social, d’avoir la capacité de comparer des articles de journaux apparemment contradictoires, de pouvoir comprendre un débat lors d’une émission de radio ou de télévision, de savoir décoder les différents schémas et autres graphiques qui sont de plus en plus présents dans les médias.
Lire ce n’est pas seulement déchiffrer une suite de lettre et de mots, mais c’est surtout en comprendre le sens. Lire c’est décoder le monde dans toute sa complexité et c’est également décrypter une palette de plus en plus nombreuse et diversifiée de supports de diffusion de l’information, de codes textuels ou visuels, de types de messages et de stratégies de communication.
Changer de paradigme
Edgar Morin définit dans son ouvrage de 1999 (2), commandité par l’UNESCO, sept savoirs nécessaires à l’éducation du futur :
- Les cécités de la connaissance : l’erreur et l’illusion
- Les principes d’une connaissance pertinente
- Enseigner la condition humaine
- Enseigner l’identité terrienne
- Enseigner les incertitudes
- Enseigner la compréhension
- L’éthique du genre humain
Sans vouloir entrer dans les détails, il est effectivement primordial aujourd’hui de traiter à l’école plusieurs de ces savoirs interdisciplinaires. On pourrait en effet très bien envisager de substituer aux disciplines traditionnelles différentes approches :
Un enseignement de la connaissance
La question de la connaissance tout d’abord, en développant un véritable enseignement de la connaissance, centrée sur l’information, son statut, son épistémologie, afin de ne pas confondre les différents discours et leur mode de construction (opinions, croyances, savoirs scientifiques, prévisions, prédictions, études, enquêtes, …).
Un enseignement de l'apprendre
La question de l'apprendre, parce que les processus d'apprentissage sont complexes et diffèrent en fonction des types de savoirs visés. Accéder à la connaissance c’est aussi s’interroger sur nos propres stratégies d’apprentissage et sur tous les aspects liés à notre cognition (les aspects physique, biologique, psychique, culturel, social et historique). C’est aussi se pencher sur les représentations, les conceptions que chaque individu s’est construit durant toute sa vie.
Un enseignement de la communication
Un enseignement de la communication, puisque nous sommes des êtres communicants, nécessitant dès lors toute une palette de moyens de communication.
Les langues bien sûr, mais aussi les images fixes et animées, les postures corporelles, les émotions ainsi que toutes les stratégies et figures de style visant à transmettre un message, intentionnel ou non.
Apprendre c’est en outre maîtriser les procédés de médiation de la connaissance et de comprendre les processus de médiation du savoir.
Un enseignement de la systémique
Il est nécessaire d’enseigner une vision systémique de l’ensemble des connaissances en faisant attention au fait que le tout n’est pas égal à la somme des parties… …ce qui influence donc également notre manière de percevoir les apprentissages.
Mais il est également indispensable d’enseigner une perspective dynamique des équilibres qui régissent notre monde, en attribuant de l’importance aux processus, aux stratégies, aux transformations et aux interdépendances.
Un enseignement de l’investigation
Une revalorisation des sciences humaines, sociales et des sciences de la nature semble indispensable, puisque ces sciences constituent des outils essentiels de compréhension du monde… …avec bien évidemment le développement de l’esprit critique et d’une ouverture au monde.
En outre, un enseignement de l’investigation se baserait sur un enseignement des outils d’enquête et d’analyse empruntés notamment aux sciences et aux mathématiques, comme les statistiques et les probabilités, tout en y intégrant les principes d’ambivalence et d’incertitude.
Un enseignement de l’inventivité et de la créativité
Parce que dans tous les domaines, l’inventivité et la créativité ont permis à l’être humain de s’adapter à des situations changeantes, de trouver des solutions nouvelles et de développer des pistes innovantes pour résoudre une multitude de problèmes.
(1) La Finlande va devenir le premier pays à supprimer toutes les matières scolaires...
(2) Edgar Morin (1999), Les sept savoirs nécessaires à l’éducation du futur, UNESCO.
4. Élaborer une séquence en sciences de la nature
Visionnez cette vidéo - Comment élaborer une séquence d'enseignement en sciences de la nature ?
En résumé
Identifier :
- les enjeux scientifiques et didactiques
- les connaissances visées, les objectifs d’apprentissage
- les ressources
- la planification et l'organisation
- la posture à adopter
- l'évaluation
5. Les 14 notions clé de et sur la science
Notions-clés de science
1. Toute la matière du monde est constituée de particules de taille minuscule.
Les atomes sont les constituants élémentaires de toute matière vivante ou non vivante. Le comportement des atomes, souvent organisés en molécules, explique les propriétés des différentes sortes de matière. Les réactions chimiques correspondent à des réarrangements des atomes entre substances pour en former de nouvelles. Chaque atome possède un noyau contenant des neutrons et des protons, entourés d'électrons. Les charges électriques opposées des protons et des électrons s'attirent mutuellement, donnant aux atomes leur stabilité et permettant la formation de molécules et de substances variées.
2. Certains objets peuvent avoir un effet sur d'autres objets situés à distance des premiers.
Tous les objets agissent à distance sur d'autres objets, sans entrer en contact avec eux. Dans certains cas, comme pour le son et la lumière, l'effet résulte d'un rayonnement qui se déplace depuis la source jusqu'au récepteur. Dans d'autres, l'action à distance s'explique par l'existence d'un champ de force entre les objets, un champ magnétique ou un champ gravitationnel, par exemple. La gravitation est une force universelle d'attraction qui s'exerce entre tous les objets, des plus grands aux plus petits. Elle maintient les planètes en orbite autour du Soleil et elle cause la chute des objets qui nous entourent vers le centre de la Terre.
3. Pour modifier le mouvement d'un objet, il faut qu'une force agisse sur lui.
La force exercée sur un objet n'est pas directement visible, mais elle est décelable grâce à son effet sur le mouvement ou sur la forme de l'objet. Lorsqu'un objet est immobile, les forces qui agissent sur lui sont égales en intensité et opposées en direction, s'équilibrant entre elles. La gravitation affectant tous les objets sur la Terre, il existe toujours une force opposée à la gravité lorsqu'un objet est immobile. Le déséquilibre des forces modifie le mouvement de l'objet dans la direction de la force résultant de leur combinaison. Lorsque les forces opposées agissant sur un objet ne sont pas alignées, elles provoquent la rotation ou la torsion de l'objet. Cet effet est utilisé dans des machines simples.
4. La quantité totale d'énergie présente dans l'Univers demeure toujours la même, mais elle est parfois transférée d'un mode de stockage à un autre au cours d'un événement.
Bien des processus ou des événements consistent en des changements au cours du temps, et cela requiert de l'énergie pour se produire. L'énergie
peut être transférée d'un corps à un autre de bien des manières. Dans de tels processus, une partie de l'énergie est transformée en une forme moins facile à utiliser. L'énergie ne peut ni être créée ni être détruite. L'énergie des carburants fossiles, une fois libérée par la combustion en présence d'oxygène, se dégrade en une forme plus difficile à utiliser.
5. La composition de la Terre et de son atmosphère détermine sa surface et son climat.
La surface de la Terre s'échauffe sous le rayonnement solaire, ce qui provoque des courants de convection dans l'air et dans les océans et crée ainsi les climats. Sous la surface, la chaleur provenant de l'intérieur de la Terre produit des mouvements dans les roches fondues. La surface solide change constamment par le jeu de la formation et de l'érosion des roches.
6. Le Système solaire représente une minuscule partie d'un Univers formé de milliards de galaxies.
Autour du Soleil tournent en orbite huit planètes et d'autres objets plus petits, l'ensemble formant le Système solaire. Le jour, la nuit et les saisons s'expliquent par l'orientation et la rotation de la Terre dans son mouvement autour du Soleil. Le Système solaire fait partie d'une galaxie d'étoiles, de gaz et de poussières, une parmi les milliards présentes dans l'Univers, à des distances considérables les unes des autres. Un grand nombre d'étoiles possèdent des planètes.
7. Les organismes vivants sont tous organisés à partir de cellules et ont une durée de vie limitée.
Tous les organismes vivants sont constitués d'une ou de plusieurs cellules. Les organismes multicellulaires possèdent des cellules différenciées selon leur fonction. Toutes les fonctions de base de la vie résultent de ce qui se produit à l'intérieur des cellules, dont l'ensemble constitue un organisme. La croissance résulte généralement de multiples divisions cellulaires.
8. Pour subsister, les organismes vivants ont besoin d'énergie et de matière, pour lesquelles ils sont souvent en compétition ou en dépendance vis-à- vis d'autres organismes.
La nourriture fournit aux organismes matière et énergie, maintenant ainsi les fonctions de base de la vie et permettant la croissance. Certaines plantes et bactéries peuvent utiliser directement l'énergie du Soleil pour produire des molécules complexes. Les animaux se fournissent en énergie en dissociant les molécules complexes de leur nourriture et dépendent en fin de compte des plantes vertes pour ce faire. Dans un écosystème, il peut y avoir compétition pour l'énergie et la matière nécessaires à la vie et à la reproduction.
9. L'information génétique est transmise d'une génération d'organismes vivants à la suivante. L'information génétique au sein d'une cellule est contenue dans la molécule d'ADN sous forme d'un code à quatre lettres. Les gènes déterminent le développement et la structure des organismes. Dans la reproduction asexuée, tous les gènes du descendant viennent d'un parent unique. Dans la reproduction sexuée, chaque parent apporte la moitié des gènes.
10. La diversité des espèces, vivantes ou éteintes, est le résultat d'une évolution.
Toute vie aujourd'hui sur Terre descend directe- ment d'un ancêtre commun universel qui était un organisme simple à cellule unique. Des modifications génétiques, survenues au cours d'un grand nombre de générations successives, ont abouti à la biodiversité. Les organismes incapables de s'adapter suffisamment aux changements de leur environnement ont disparu.
Notions-clés sur la science
11. La science recherche la cause ou les causes des phénomènes du monde naturel.
La science veut expliquer et comprendre les phénomènes du monde naturel. Il n'existe pas une méthode scientifique unique pour atteindre ce but.
La diversité des phénomènes naturels exige une grande diversité de méthodes et d'instruments pour produire les explications scientifiques et tes- ter leur validité. Une explication énonce souvent les facteurs nécessaires pour qu'un événement se produise, comme le montrent les évidences issues de l'observation et de l'expérimentation. Dans d'autres cas, l'identification de la cause est fondée sur les corrélations révélées par l'observation systématique de structures répétitives.
12. Les explications scientifiques, les théories et les modèles acceptés constituent la meilleure représentation possible des faits connus à un moment donné.
Une théorie scientifique ou un modèle décrivant les relations entre des variables ou des composants d'un système doivent être en accord avec les observations disponibles à un moment donné et conduire à des prédictions pouvant être testées. Toute théorie, tout modèle est donc provisoire, susceptible de révision à la lumière de nouvelles don- nées, même si précédemment il a pu conduire à des prévisions en accord avec les données alors disponibles. Chaque modèle possède ses points forts et ses limites lorsqu'il rend compte des observations.
13. Les connaissances produites par la science sont utilisées dans les technologies afin de créer des produits qui servent des buts définis par l'homme.
L'application de notions scientifiques par les tech- niques a conduit à de profonds changements dans bien des aspects de l'activité humaine. Les progrès des technologies permettent de nouvelles avancées scientifiques qui permettent à leur tour d'accroître les connaissances sur le monde naturel et de satis- faire la curiosité des hommes pour celui-ci. Dans certains domaines de l'activité humaine, les technologies précèdent les notions scientifiques, mais dans d'autres, et le plus souvent aujourd'hui, ces notions précèdent les technologies.
14. Les applications de la science ont, bien souvent, des implications éthiques, sociales, économiques et politiques.
L'usage des connaissances scientifiques par les technologies a rendu possibles de très nombreuses innovations. Décider du caractère souhaitable ou non de telle ou telle application particulière de la science ne relève pas du seul jugement scientifique. Des jugements éthiques et moraux peuvent alors intervenir, fondés par exemple sur des considérations de justice, d'équité, de protection de l'être humain ou d'impact sur la société et son environnement.