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Des travaux relevant des difficultés d'apprentissage des sciences physiques et naturelles sont catégorisés. Les auteurs les analysent à la lumière des données récentes de In psychologie cognitive, de l'épistémologie et des sciences physiques et naturelles Quelques propositions didactiques pour remédier à ces difficultés sont faites.

Les travaux relatifs aux difficultés d'apprentissage, à l'é chelle nationale, remontent au début des années quatre vingt. A l'instar des travaux de didactique des sciences sur la scène internationale, l'une des principales motivations était de mieux cerner les difficultés de l'apprenant marocain (élève, étudiant, élève-professeur, élève-ingénieur, élève-inspecteur, etc.) dans l'appropriation du savoir scientifique afin de mieux l'aider dans son apprentissage.

Dans cet article, nous présentons un déblayage de quelques travaux auxquels nous avons été directement associés et qui ont porté sur différents niveaux et différentes institutions du système éducatif (collège, Lycée, ENS, CPR, ENA, CFIE,; cycle de formation de formateurs, etc.)

Dans un premier temps, nous allons organiser ces travaux autour des catégories suivantes:

-histoire des sciences,

- représentations,

- résolution de problèmes,

- démarche expérimentale.

Dans un deuxième temps, nous essayerons d'interpréter les résultats de ces travaux à la lumière des données actuelles de l'épistémologie, de la psychologie cognitive et des disciplines (sciences physiques et biologiques) elles-mêmes.

Nous terminerons en considérant quelques implications possibles pour l'enseignement/ apprentissage des sciences physiques et biologiques.

1. CATEGORISATION DES DIFFICULTES D'APPRENTISSAGE

L'ensemble des travaux présentés s'articulent autour de quatre catégories. Il s'agit de:

- l'histoire des sciences,

- les représentations,

- la résolution de problèmes,

- la démarche expérimentale.

Pour chaque étude nous rappelons les principaux résultats obtenus (voir tableau page 13, 14 et 15)

2. ECLAIRAGES THEORIQUES

Une fois catégorisées, ces difficultés nous conduisent à chercher des éclairages théoriques afin de mieux les comprendre. Nous nous tournerons principalement vers deux champs disciplinaires qui ont connu un essor considérable durant les dix dernières années. Il s'agit de la psychologie cognitive et de l'épistémologie. En psychologie cognitive, l'accent est davantage mis sur les concepts et les modèles conceptuels dans la construction de la connaissance par la personne en situation d'apprentissage.

L'épistémologie contemporaine, quant à elle, met davantage l'accent sur la complémentarité des concepts, principes et théories que nous appliquerons pour observer des événements ou des objets et la construction de connaissances qui en résulte. La science étant alors une construction de modèles explicatifs.

Par la suite nous conduirons une réflexion épistémologique et historique sur la discipline en tant qu'objet d'enseignement apprentissage. Nous voulons parler essentiellement de l'élaboration de modèles et de la notion de modélisation.

2.1 Quels éclairages no' apporte la psychologie cognitive ?

Outre l'idée qui date des Grecs et qui stipule que la personne construit sa propre signification des événements et des phénomènes, quelques idées rencontrent aujourd'hui un assez large consensus tant par les résultats de recherches individuelles que par les synthèses internationales.

La première de ces idées est que les conceptions des personnes relatives aux phénomènes naturels sont construites tôt par ces personnes (Ahid et AÎt Lhaj, 1 990; Choukry et Drafat, 1989). C'est ce que certains auteurs qualifient de conceptions spontanées. La deuxième idée dit que certaines de ces conceptions sont erronées. Ceci a été observé aussi bien chez des personnes en apprentissage que chez des savants qui ont contribué au développement de la science (Aristote, par exemple). De nombreuses études en didactique des sciences ont montré que ces conceptions sont comparables aussi bien sur le plan psychogénétique que sur le plan phylogénétique (Piaget et Garcia, 1983; Ouchtaqalla et El Arabi, 1989; Guendouz et al., 1988); La troisième idée est que ces conceptions sont souvent stables et persistantes à des niveaux d'études différents (Choukry et Drafat, 1989; Aarab et El Harras, 1989), à des périodes différentes de l'histoire de développement de la science, ... et dans l'espace (pays et continents différents, cultures différentes, etc.). Les travaux de Viennot (1979) illustrent bien cette idée.

Une autre idée est que la connaissance est emmagasinée de façon hiérarchique de telle sorte qu'au cours d'un apprentissage, les nouveaux concepts sont subordonnés aux concepts existants (Lamallaoui et Khlili, 1989; Behallam, 1991). Des auteurs comme Larkin, 1980, Chi et al., 1981, ont montré que les experts possèdent une connaissance beaucoup plus organisée et plus hiérarchisée que les novices.

2.2. Quels éclairages nous apporte l'épistémologie ?

Dans l'examen des causes des difficultés, nous partirons de la conception de la connaissance scientifique telle que véhiculée par la pratique de l'enseignement des sciences dans nos classes du secondaire. Les instructions officielles préconisent un enseignement expérimental des sciences. La démarche expérimentale se résume ainsi:

- observer le phénomène à l'étude,

- à partir des observations, formuler une hypothèse qui rend compte des observations,

- à partir de l'hypothèse, déduire lune prédiction,

- proposer une expérience qui permet de tester l'hypothèse en question,

- cueillir les données de façon non biaisée,

- analyser les données et accepter ou rejeter l'hypothèse,

- utiliser plusieurs hypothèses et faits observés, développer une théorie logiquement cohérente,

- déduire de nouvelles prédictions à partir de la théorie, les tester,

- si les prédictions faites à partir de la théorie restent valables, après plusieurs épreuves, la théorie conduit à une loi scientifique.

En classe de sciences, seule' les six premières étapes son parcourues par les élèves. Les trois autres sont prises en charge par l'enseignant. L'expérience proposée et planifiée par l'enseignant conduit toujours à la confirmation de l'hypothèse. La décision relative au résultat à retenir revient à l'enseignant (DraLat, 1984; Cissé Ndiouga, 1989).

Cette façon de présenter la démarche expérimentale relève d'une conception de la production de la connaissance scientifique qui emprunterait à l'empirisme, au positivisme logique et au « falcificationnisme » (Popper, 1973). Dans ce cadre, le statut de l'observation est réduit à la perception par les sens d'une réalité extérieure au sujet en quête de connaissance.

A partir de ces observations, des généralisations peuvent être induites et des hypothèses émises pour expliquer les faits observés. Ces hypothèses, une fois vérifiées, serviront à l'élaboration de théories et de lois. La connaissance parait dans ce cas comme une accumulation de théories et de lois.

L'empirisme prêche l'existence d'une nature objective et d'un rapport direct entre l'observation et la réalité, alors que le positivisme, prenant en considération le caractère faillible des processus conduisant aux théories, introduit la logique formelle pour juger les théories scientifiques. Pour ce faire, il a utilisé le principe de la vérifiabilité. Dans ce cas, une théorie n'est acceptée que si elle reste vraie pour tous les cas prédits. Or, on sait aujourd'hui que la vérification totale et absolue est impossible. Par contre, un seul cas est requis pour falsifier une théorie (Popper, 1973). De plus, la falsification repose sur une démarche déductive. Cependant, les prédictions sont dictées par les théories qui suggèrent des observations. D'où le modèle hypothético-déductif de la démarche scientifique. Cette vision de la connaissance scientifique partagée par l'empirisme, le positivisme et le «falsificationnisme », conduit à des contradictions résultant de trois conflits.

Le premier conflit réside dans le fait que, pour les empiristes, les théories résultent d'un processus inductif à partir des faits observés. Popper, quant à lui, ne mentionne pas l'origine des théories.

Le deuxième conflit est dû à ce que, pour Popper, l'expérience est le moyen de falsification des théories, alors que pour les autres, elle constitue l'unité de base dans l'élaboration des théories.

Le troisième conflit enfin se rapporte à l'observation. Pour Popper, elle est guidée par la théorie. Pour les empiristes, l'observation se fait indépendamment de la théorie, puisqu'elle est supposée conduire à celle-ci.

Outre ces conflits et les contradictions qui sont à leur base, cette vision est critiquable à plusieurs égards. Tout d'abord, elle ne prend en considération ni l'aspect historique, ni la pratique actuelle de la science. Ensuite, elle considère l'observation comme étant la perception directe de la réalité. Or, les travaux actuels en épistémologie soutiennent que la théorie constitue une limite à l'observation(physique atomique, mécanique quantique, théorie de la relativité, biologie moléculaire, par exemple). Autrement dit, ce que nous observons dépend de ce que nous savons. Enfin, à cause de l'insuffisance de la logique comme seul instrument d'analyse des processus de théorisation.

Or, si les scientifiques se construisent eux-mêmes leur vision de la science à partir de leur pratique, que dire, alors, des élèves en situation d'apprentissage ? Si la démarche (OHERIC) décrite ci-avant ne contribue pas à décrire la façon dont la connaissance scientifique s'élabore ni à rendre compte de la nature de cette science, que faire alors?

Tout d'abord, dirait Kuhn (1972), prendre en considération les aspects historiques et sociologiques de la pratique des sciences. On pourrait alors se demander pourquoi certaines théories disparaissent (génération spontanée, théorie du fluide calorique, par exemple), alors que d'autres ne font qu'évoluer, s'élargir (théorie darwinienne, théorie particulière de la matière, par exemple) ?

La réponse à ces questions peut être recherchée chez des auteurs en épistémologie et en histoire des sciences tels que Kuhn (1972), Toulmin (1972), Bachelard (1972), Lakatos (1971), ou chez des didacticiens préoccupés par l'épistémologie tels que Desautels et Larochelle (1990), Posner et al. (1983), Zaim-Idrissi (1987) et Benyamna (1987).

Selon ces auteurs, toute nouvelle vision des sciences doit prendre en compte non seulement la dynamique des changements mais aussi les conditions qui président à ces changements.

2.3. Quels éclairages nous apporte la discipline ?

On ne peut parler d'une science telle que la physique ou la biologie sans parler des modèles qui constituent l'édifice sur lequel elle repose. Dès lors, des questions se posent: quel est le statut du modèle en sciences ? Quels types de modèles utilise-t-on en sciences ? Comment sont-ils élaborés ? Formulés ? Quelles sont les difficultés qui ont entravé leur élaboration ? Comment ces difficultés ont été contournées ? Vaincues ? Quelles relations entretiennent-ils avec la «réalité » ? Sur quels processus repose l'activité de modélisation ?

Ce ne sont là que quelques unes des questions que soulève l'examen du concept de modèle. D'autres questions peuvent être posées concernant les caractéristiques du modèle telles que la cohérence, la portée, le rôle (explicatif, interprétatif, illustratif, intelligible, plausible, fécond, etc.). Pour les besoins du sujet traité ici, nous nous limiterons aux aspects qui pourront nous éclairer sur les difficultés rencontrées au cours de l'élaboration des modèles en situation de recherche et en situation d'apprentissage et nous situerons de ce fait au coeur de l'action didactique en tant que stratégie de dépassement des difficultés.

L'étude du rapport modèle réalité a conduit à deux représentations principales. Dans la première, le modèle est considéré comme un intermédiaire entre celui qui apprend (le sujet) et ce qu'il apprend (l'objet) appelé dans ce cas « réalité ». La seconde représentation n'établit aucune distinction entre le modèle et la « réalité » qu'il prétend décrire (Glasersfeld, 1993). Ces deux représentations du rapport modèle «réalité » ont des conséquences différentes sur l'apprentissage des sciences.

Outre le statut du modèle et son rapport à la « réalité », d'autres questions méritent d'être posées. Elles peuvent être énoncées ainsi: est-il possible d'induire des modèles à partir des données empiriques seulement ? Quels sauts épistémologiques cela nécessite-t-il ?

3. IMPLICATIONS POUR LA CLASSE

A la lumière des considérations théoriques ci-dessus, nous avons pu, non seulement comprendre et interpréter les difficultés rapportées dans le premier chapitre, mais en plus, nous pouvons tirer un certain nombre d'implications. Nous pouvons tout d'abord dire qu'il devient urgent de tenir compte des conceptions préalables des apprenants et de favoriser leur hiérarchisation.

L'histoire des sciences doit également être considérée comme une source importante d'information à la fois pour l'enseignant et pour l'apprenant. L'intérêt de l'histoire des sciences réside dans l'opportunité qu'elle procure de réfléchir sur la nature de l'activité scientifique. Certes, d'autres arguments peuvent être invoqués: pour illustrer le caractère humain de la science, pour favoriser la compréhension des c concepts et des théories scientifiques , pour favoriser la production de manuels plus adéquats, etc. D'ailleurs, l'intérêt pédagogique de l'histoire des sciences n'étant pas donné d'emblée, ce sont les enseignants qui auront en dernier lieu à décider du rôle qu'elle doit jouer. L'élaboration d'une conception correcte et cohérente de la production de la connaissance doit être favorisée. Bien qu'à leur début, un nombre croissant de travaux tend à montrer une relation entre les présupposés épistémologiques des apprenants et leur habiletés à résoudre des problèmes complexes ou à corriger leurs conceptions erronées (Posner et Strike, 1982; Maruyama, 1980).

Enfin, concernant la modélisation, on peut se poser les questions suivantes:

* faut-il enseigner les modèles dans leur forme finie et épurée

* ou encore entraîner les élèves à l'activité de modélisation ?

* quels avantages tirer d'un cas ou de l'autre ?

Plusieurs travaux ont montré que la démarche d'induction est suffisante pour élaborer un modèle explicatif d'un phénomène donné en partant uniquement des données recueillies relativement à ces phénomènes. Autrement dit, la pratique de la recherche scientifique ne mentionne pas de cas où le modèle jaillit d'un corpus de données. Au contraire, le modèle est une construction théorique qui guide la cueillette des données. Cette façon de considérer les modèles ne sera jamais comprise par les élèves si on continue à leur enseigner des modèles tout faits. Il reste alors la deuxième alternative, soit apprendre aux élèves la modélisation.

Ces implications peuvent intéresser plusieurs aspects de l'enseignement / apprentissage ; parmi ces aspects, il nous semble que le manuel et les stratégies d'enseignement / apprentissage viendraient en premier lieu.

Qu'en est-il des manuels ?

Nous pouvons rapporter ici deux études qui ont porté sur le manuel de la deuxième année de l'enseignement secondaire. La première s'est intéressée à la représentation de la science véhiculée par ce manuel. L'auteur (Slimani, 1989) a pu tirer les conclusions suivantes, à la suite d'une analyse du contenu du manuel, appuyée d'un questionnaire, adressé à 27 enseignants: le manuel fournit un ensemble de connaissances déjà constituées. sous forme d'un discours frontal. Tout semble se passer comme si les faits «bruts » s'organisent d'eux-mêmes par simple accumulation pour arriver à l'édification du corpus de savoir à étudier. Les expériences de type phénoménologique prédominent. Enfin, d'après ce même auteur, 4% seulement des enseignants interrogés considèrent que le manuel favorise la formulation de problèmes.

La deuxième étude s'est intéressée à la représentation de l'histoire des sciences, véhiculée par le même manuel. Les auteurs (Taoussi et Bouychou, 1989) ont fait une analyse du contenu du manuel et administré un questionnaire à un groupe de 48 enseignants. Parmi les résultats de cette étude, nous retenons que: outre le fait que l'histoire des sciences n'est pas explicite dans tous les chapitres analysés, elle correspond à une science-corpus de connaissances. De plus, le manuel, pour certaines sections, présente l'histoire des sciences sous forme d'une succession de dates et de faits et le scientifique comme un être épuré et travaillant seul. Chaque découverte est associée à un nom. Enfin, concernant le questionnaire, seul l/4 des enseignants interrogés considèrent que l'histoire des sciences peut favoriser l'appropriation du savoir scientifique.

Qu'en est-il des stratégies '?

Nous y reviendrons dans un prochain travail.

CONCLUSION

Partisdes résultats de quelques recherches marocaines sur les difficultés d'apprentissage de sciences, nous avons formulé le questions que ces résultats permettent de soulever. En guise de recherche de réponses à ces questions, nous avons été amenés à examiner quelques causes réelles de ces difficultés. Ce qui nous a conduit à consulter les travaux les plus récents en psychologie cognitive, en épistémologie et sur la discipline elle-même.

Nous avons ainsi inscrit ces difficultés dans un cadre conceptuel permettant de tirerquelques implications pour la classe. Nous avons privilégié le manuel scolaire et les stratégies d'enseignemen/apprentissage de dépassement des difficultés recensées au niveau des conceptions du manuel et des apprenants.

Les propositions didactiques relatives aux stratégies d'enseignement / apprentissage feront l'objet d'un prochain article.

Arab A. et al. (1989) - Les représentations des élèves relatives au concept cellule avant et après enseignement au secondaire. Mémoire de fin d'études CNFIE.

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Bachelard G. (1972) -[a formation de l'esprit scientifique. J. VRIN, Paris

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Chomat A. et al. (1987)-Modèle particulaire et activités de modél isati on en cl asse de 4ê.me INRPDPI, Paris.

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Désautels J. et Larochelle M. (1990) - Ou'est-ce que le savoir scientifique? Presses de l'Université Laval, Québec.

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Elghordaf A. et al. (1982) - La représentation des élèvesdugremier cYcle secondaire de la notion de chaleur. Mémoire de fin d'études. Cycle des homologues.

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Glasersfeld E.V (1993)- L'apprentissage en tant qu'activité constructive PME-NA. Bergeron et Hercovics.

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