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« Le but des enseignants devrait être de fabriquer des emmerdeurs. »
Albert Jacquard
« L’esprit vraiment scientifique : le doute, la liberté d’esprit et d’initiative, la non-soumission à l’autorité des croyances. »
Claude Bernard
1. Faire des expériences…
Faire des expériences, c’est bien… mais «surtout ne pas confondre expérience et manipulation ! Faire la vaisselle c’est une manipulation, pas une expérience… (sauf pour certains !) »1
La démarche scientifique se limite-t-elle à faire des expériences ? Il est utile de distinguer trois types de démarches souvent confondues : expérimentale, scientifique et d’investigation.
La démarche scientifique est une suite d’actions visant à comprendre le réel. Pour répondre à une question, issue de l’observation du réel, des hypothèses sont testées puis infirmées ou confirmées ; de cette confirmation naît alors une théorie ou un modèle. L’expérimentation est un des moyens de tester une hypothèse, au même titre que l’observation ou la documentation. La démarche expérimentale est donc une manière d’effectuer une étape d’une démarche scientifique. C’est la manière prônée dans l’enseignement des sciences et formalisée sous le sigle figé de OHERIC (fig. 1).
Figure 1 : OHERIC
Cette démarche hypothético-déductive fut présentée par le médecin français Claude Bernard dans son ouvrage Introduction à l'étude de la médecine expérimentale en 1865, avec l’étape supplémentaire de la pose du problème à résoudre. Cariou propose en 2003 un sigle plus complet : DiPHTeRIC2 (fig. 2).
Figure 2 : DiPHTeRIC
Aucune démarche scientifique réelle ne fonctionne linéairement selon l’un ou l’autre sigle, mais l’esprit effectue des va-et-vient entre les étapes. Il s’en suit que ces sigles sont maintenant décriés en didactique des sciences, avec des raisons très valables (« OHERIC ne répond plus », « Haro sur OHERIC ! »1). Il reste que dans la réalité, les élèves confondent souvent expérience et résultat, résultat et conclusion, hypothèse et problème,… Quelques balises, à l’instar de O, H, E, R , I ou C, peuvent être des points de repère utiles à l’élève qui navigue à vue dès qu’il est lancé sur l’océan de la recherche.
Une animation présente aux élèves ce qu’est la démarche scientifique à l’exemple des découvertes de Becquerel sur la radioactivité : http://www.cea.fr/var/cea/storage/static/fr/jeunes/animation/LaDemarche/anim.html. Plusieurs critères définissent la réalisation d’une véritable démarche scientifique : utilisation de faits comme base d’étude, utilisation d’échantillons témoin, répétabilité de l’expérience, pas de liaison à un dogme, réfutabilité,…
La démarche d’investigation repose sur le questionnement au sujet d’une situation problématique et les modes de recherche peuvent être variés : expérimentations, observations (par exemple en biologie ou en astronomie), documents ou modélisation.
L’expérimentation trouve sa place dans les deux types de démarche, tout en ayant des limites : éthique, séparation difficile des variables, impossibilité dans le cadre scolaire (vivant, astronomie,…)
La réalisation de démarches scientifiques par les élèves développe des savoirs, c’est ce que veut avant out l’enseignant de sciences ; mais elle implique tout autant des savoir-faire et des savoir-être. Elle permet de développer toutes les capacités transversales définies dans le PER :
collaboration : les démarches et les expériences sont souvent réalisées en groupes, au sein desquels les avis sont (souvent !) divergents ;
communication : elle est nécessaire au bon fonctionnement du groupe et se trouve valorisée dans la phase de communication des résultats, qui, même si elle intervient en dernier, n’en est pas moins inhérente au métier de chercheur ;
stratégies d’apprentissage : elle sont (ou doivent être !) développées dans les différentes étapes de la démarche ainsi que dans les allers-retours entre les étapes ;
pensée créatrice : même s’il n’y a rien d’artistique, quelle dose de créativité faut-il au moment de mettre au point le protocole de recherche ? …
démarche réflexive : la confrontation des résultats à ses hypothèses de départ implique cette démarche.
D’autres diront que la démarche scientifique développe la persévérance, la curiosité, l’esprit critique, la rigueur, le respect de la vie et du matériel… donc il n’y a plus qu’à se lancer ! Et en plus, cela motive les élèves et les rend actifs, quoi de mieux ! Oui, mais… Richoux et Beaufils ont analysé des travaux pratiques de physique pour arriver à la « conclusion […] que la transposition se caractérise par un expérimental réduit à de l’instrumental, et du quantitatif réduit au numérique. »3 Pour éviter que les élèves fassent des expériences comme ils cuisinent, en suivant la recette, il s’agit de faire remonter cette démarche des mains, ou des yeux, jusqu’à la tête ! Donc de l’apprendre…et de l’enseigner.
Enseigner la démarche scientifique vise à développer l’esprit scientifique ; l’enseignant est aussi un passeur de savoirs scientifique, d’une culture scientifique ; or il est impossible de faire les deux à la fois ! Il est impossible aussi de faire toute la démarche tout le temps, mieux vaut alors de ne la réaliser que rarement mais vraiment. De plus, on ne peut pas tout déduire d’expériences et de démarches scientifiques, d’où un apport magistral encore nécessaire.
L’enseignement de la démarche scientifique peut se faire en mêlant trois aspects : l’enseignement par les étapes, l’immersion dans une démarche réelle du niveau des élèves et l’étude de démarches réalisées, à l’instar de travaux de l’histoire des sciences.
Avant de réaliser une démarche scientifique complète, les élèves doivent avoir le temps d’en découvrir et d’en acquérir les différentes composantes. C’est ce que propose le document ci-dessous, en suivant pour une raison de simplification le schéma OHERIC : chacune des étapes est présentée successivement, mais l’ordre de réalisation avec les élèves importe peu ; il vaut mieux adapter ce que chaque étape a de particulier au suivi du programme sans s’en tenir à l’ordre défini par le slogan. Pour chaque étape quelques suggestions d’activités sont proposées, avant tout en lien avec des séquences du programme valaisan de 2003 et les manuels Sciences 7e-8e-9e. Les activités sont reliées de préférence aux programmes de 7e et de 8e, en espérant qu’en 9e, les élèves aient déjà acquis les bases d’une démarche scientifique ! Les chapitres choisis sont de préférence adaptés au rythme de l’apprentissage de la démarche au cours de l’année, par exemple les résultats sont travaillés sur les chapitres 6 et 7 et pas sur le chapitre 1. Quand toutes les étapes auront été découvertes voire entraînées, quelques activités de compréhension globale de la démarche sont proposées, avant de lancer les élèves dans la réalisation d’une démarche scientifique complète, avec toutes les satisfactions qu’ils en tireront, et vous avec eux…
1 Cariou J.-Y., 2007, Un projet pour faire vivre des démarches expérimentales, Delagrave
2 Cariou J.-Y. , 2003, La formation de l’esprit scientifique – trois axes théoriques, un outil pratique : DiPHTeRIC, URL : http://svt.paris.iufm.fr/IMG/pdf/doc-37.pdf
3 Richoux H. et Beaufils D., 2006, Conception de travaux pratiques par les enseignants : analyse de quelques exemples de physique en termes de transposition didactique, Didaskalia n°27