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PREMIÈRE PARTIE
LES SCIENCES PHYSIQUES, L'ENFANT ET LA PEDAGOGIE  QU'EST-CE QUE LA SCIENCE A L'ÉCOLE?
  Depuis que l'école primaire est gratuite et obligatoire, on y enseigne les sciences physiques. Cependant, les buts et les méthodes prônés par les textes officiels ont connus de notables changements. Il est intéressant d'en brosser un aperçu, pour mieux saisir les inerties actuelles; la comparaison et la mise à jour des différences sont souvent les meilleures auxiliaires du changement.    Lire et répéter?  Jusqu'à la fin du XIXe siècle un enseignement livresque  Fn 1887, l'enfant apprend la physique en lisant les manuels; il répète ce qu'il lit car, «par la lecture, l'élève acquiert la connaissance de mots... il apprend par imitation... l'on (aura) soin de dégager de la leçon la notion essentielle» et l'on termine par le «résumé, qui est comme la charpente de la leçon. Cette partie seule sera confiée à la mémoire».  Il s'agit des conseils de Paul Bert dans son ouvrage pour la deuxième année d'enseignement s cientifique. On peut parler explicitement d'enseignement livresque il n'est pas du tout question de faire des expériences.  La leçon de choses  Essor des pédagogies nouvelles, au début du XXe siècle  En 1923, l'enseignement scientifique «même élémentaire, doit armer les travailleurs, augmenter leur activité productrice». Pour cela, «la méthode... doit être fondée sur l'observation et l'expérience». C'est le début des «leçons de choses en classe et en promenade» Le maître «montre les objets et réalise les expériences» car il est «parfois difficile de laisser aux enfants le rôle principal». Le livre est relégué au profit du monde concret qui est présenté à l'enfant par le maître.  La leçon de choses sera prônée jusqu'aux Instructions de 1957, où elle prendra le nom «d'exercice d'observation», ce qui ne change guère son statut. «C'est la chose, et non le maître, qui détient la vérité», comme 51 regarder quelque chose suffisait à l'avoir comprise. On imagine difficilement un enfant regardant une lampe de poche, un thermomètre, ou une chignole, qui parviendrait spontanément à «observer, analyser, classer, définir et conclure » avec un maître dont le rôle «est capital dans sa discrétion».  Aussi, durant le demi-siècle des débuts de l'école publique, c'est le maître qui détient seul les clés de l'apprentissage pour l'enfant. Le maître «montre la chose » à l'enfant; celui-ci, comme imbibé par l'observation, est censé en recevoir un message de connaissance (1)  La persistance de ce point de vue, dans les textes officiels aussi bien que dans l'opinion publique enseignante, suffit à expliquer les retards et pesanteurs que l'on peut encore constater parfois, aujourd'hui.   L'éveil  1960, les remises en cause : l'enfant doit apprendre des démarches  Avec le mouvement général des années 1968, la rénovation de l'enseignement des sciences à l'école va connaître son essor. C'est la grande période de l'« Eveil».  Les recherches pédagogiques explosent au sein de mouvements associatifs ou institutionnels, pour lesquels l'enfant doit être envisagé comme «petit chercheur» et comme un scientifique professionnel : aux questions qu'il pose, il faut qu'il apporte une réponse. Les
contenus sont relégués au second plan, au profit des démarches l'enfant doit apprendre à chercher, ce qu'il trouve peut être variable, et laissé à l'appréciation du maître.  Les enseignants sont alors déroutés : pourquoi leurs méthodes sont-elles devenues obsolètes? Ils réclament des formations. Les critiques affluent. Les parents d'élèves protestent : l'éveil est devenu le pot commun et indifférencié de tout ce qui n'est pas français ou calcul. Les Instructions officielles (Haby) sont abandonnées; les suivantes (ministère Chevènement) leur succéderont en 1985.    Des contenus et des méthodes A l'horizon de l'an 2000  Aujourd'hui, les contenus des programmes sont bien précis ils renvoient aux mots -matières des sciences concernées. Les horaires sont également déterminés. Quant aux méthodes, elles sont discrètement laissées à l'appréciation des maîtres, et c'est ce qui pose le plus de problème : quid, de l'enseignement livresque, des leçons de choses, ou des démarches de découverte?  Pour tenter de trouver une voie satisfaisante, revenons au point de départ:  quel est le rôle de l'enseignement des sciences à l'école? Quel rôle, l'école remplit-elle pour l'enfant?   1. H est amusant d'évoquer à ce propos, le film (<Les dieux sont tombés sur la tête» oû l'homme des savanes découvre une bouteille sans comprendre. Dans ce cas, observer et toucher la bouteille ne suffit pas pour connaître.    L'ENFANT DOIT COMPRENDRE LE MONDE NATUREL ou considérations psychologiques   Avec l'essor de l'éducation dès la Renaissance, le développement de la connaissance a constitué l'un des objectifs fondamentaux de l'enseignement : les études doivent former l'homme. Aujourd'hui, cela est communément admis, même Si chacun l'interprète différemment. Une question, cependant, s'impose : comment articuler la transmission des savoirs et le résultat de la formation?  Si l'on veut prendre en compte les dernières recommandations de la loi sur l'Éducation, il faut placer l'enfant «au coeur» du processus éducatif, La question centrale est alors celle du développement de l'intelligence comment s'effectue la croissance mentale de l'enfant? Comment l'enfant apprend-il? Cette question a reçu des réponses différentes selon l'époque.   La question de l'inné ou de l'acquis  Jusqu'au XVIII ème siècle, la formation consistait à bien «remplir» la tête (soi-disant vide) de l'enfant. Naturellement la pensée de l'enfant ordonnait les informations reçues. C'était la position des «innéistes», qui rejoint la théorie des «dons» selon laquelle l'enfant est «naturellement doué» pour bien apprendre (ou non). Il arrive, encore aujourd'hui, d'entendre «décidément cet enfant n'a pas de chance : il n'ira pas loin» (sous-entendu faute de comprendre correctement).  Au début du XVIII e siècle, des philosophes anglais (Locke) s'inscrivent contre cet innéisme, et conçoivent une psychologie empiriste qui prétend que les idées ne sont pas innées car elles proviennent de deux sources la sensation (surtout) et la perception (il suffirait de voir et sentir pour comprendre).  Avec Condillac, en France sous la Révolution, l'entendement humain devient un sujet de débat dont le point fort est celui de l'inné contre l'acquis à partir des sensations.  Aujourd'hui encore on peut rencontrer des défenseurs de l'une ou l'autre position : de la pensée préformée «naturellement» qui ordonne les informations reçues (innéistes) ou de l'esprit passif qui reçoit les impressions sans avoir à réagir et se forme en conséquence (empiristes).  Dans le premier cas on évoque la théorie des «dons» (l'enfant est un vase vide que l'on remplit de connaissances; son esprit organise «naturellement» et spontanément les contenus). Dans le deuxième, l'esprit est une pâte molle que les sensations impriment de connaissances. Dans les deux cas, la «logique de l'adulte» remplacera «naturellement» celle de l'enfant évolution bien sûr inéluctable puisque la nature guide le processus.   L'évolution mentale de l'enfant  Qu'il s'agisse de l'une ou l'autre de ces deux conceptions, elles opposent un constat d'impuissance pédagogique aux enseignants.  
Il faut attendre la fin du XVIII ème siècle pour que Rousseau et Pestalozzi (1746 -1827) amorcent un mouvement en faveur de la psychologie dans l'action pédagogique il faut adapter la pédagogie aux lois du psychisme enfantin, et suivre l'évolution mentale de l'enfant. Aider l'enfant à comprendre, c'est alors le faire passer des intuitions «obscures» aux intuitions «claires» grâce à un programme progressif La prise en compte en pédagogie, d'étapes par lesquelles passe l'enfant dans son évolution est nouvelle.  Aujourd'hui encore, tous les pédagogues le savent: on ne peut enseigner n'importe quoi à n'importe quel moment de la scolarité de l'enfant, non seulement en raison des programmes, mais du fait de la maturation à respecter. Les enseignants s'habituent à «répartir» les contenus.  La mise en place de l'école primaire obligatoire va relancer les débats sur la pédagogie à la fin du XIX e siècle et au début du XX e. Il est alors seulement question de leçons et d'exercices («Les leçons et exercices gradués qu'il (enseignement) comporte sont répartis dans le cours d'études» - arrêté du 18janvier 1887): l'enseignement doit être «intuitif et pratique».  Au début du XX e siècle, des psychologues, des pédagogues voire des médecins vont introduire des innovations portant ~ur les méthodes pédagogiques (pédagogies nouvelles du mouvement d'Education nouvel/e).  Au nom des finalités de l'enseignement qu'ils proclament (adapter l'enfant au monde, épanouir la personnalité de l'enfant, créer à l'école un milieu de vie pour une simulation par l'enfant de ce qu'il vivra plus tard, former le futur travailleur), il s proposent de nouvelles façons de travailler et demandent que l'enfant soit vraiment au centre de l'éducation.  On prône l'éducation «intégrale » (intelligence, corps, caractère) de l'enfant. On reconnaît les principaux arguments des novateurs que furent Mme Montessori, Dewey, Decroly, Freinet.  Il s'agit, dans cet essor des pédagogies nouvelles, d'introduire l'action concrète de l'enfant au départ de l'acte éducatif : par induction naturelle il construit son savoir. La nouveauté consiste à laisser parler l'expérience pour l'enfant.  Cependant, la manière dont l'enfant construit ses connaissances demeure floue : on se repose sur «la nature» (qui va conduire le processus). Le seul «contact» avec la nature est suffisant pour que l'enfant apprenne quelque chos e.  La question centrale de l'apprentissage demeure : comment l'enfant apprend -il?   L'importance de Piaget et la psychologie génétique  A partir de 1937 les premiers travaux de Piaget apparaissent sur la Construction du réel chez l'enfant, le Développemen t des quantités chez l'enfant. Conservation et atomisme (1941) et la Formation du symbole chez l'enfant (t945). Une branche nouvelle de la psychologie apparaît : Piaget la nomme psychologie génétique, voulant dire par là qu'à travers l'étude de l'intelligence, des perceptions, on cherche à expliquer les fonctions mentales par leur mode de formation, donc par leur développement chez l'enfant.  Pour la première fois, la pensée de l'enfant constitue l'objet central d'étude. Jusqu'alors, on prétendait mettre en oeuvre une pédagogie bénéfique à partir de spéculations sur les directions à suivre, et selon des opinions individuelles. La vérité de l'opinion relevait de la croyance. Rien ne permettait d'étayer les jugements portés. Avec Piaget, la pédagogie n'évolue plus en aveugle : il s'agit d'une sorte de révolution scientifique pour l'éducation. Piaget propose d'étudier d'abord la formation de l'intelligence de l'enfant, et celle de ses structures mentales.  La pédagogie étant le moyen de former l'enfant, il paraît évident que les meilleures actions sont celles qui tiennent compte de son fonctionnement intellectuel. Aussi, la formation de son intelligence constitue-t-elle un point central.  C'est pourquoi nous examinerons les aspects les plus remarquables de cette théorie psychologique, en soulignant cependant qu'à l'heure actuelle, Si elle demeure encore valide pour l'essentiel, de nombreux prolongements ou compléments récents en tracent les limites et l'enrichissent de nouveaux concepts. (Nous pensons notamment aux travaux de G. Vergnaud, psychologue spécialiste des apprentissages scientifiques, élève de Piaget, et auquel nous devons la théorie opératoire de la représentation.)  Fn quoi la psychologie cognitive constitue-t-elle un bouleversement pour les pédagogues?  Jusqu'alors, l'enseignant transmet des contenus selon des méthodes qu'il choisit en vertu des services qu'elles procurent, et qu'il juge satisfaisants. Sa pratique s'apparente à celle de l'artisan - au sens ancien du terme -maître de sa technique en vertu de son expérience passée; en ce sens on peut parler de «l'art d'enseigner».  Aujourd'hui, la psychologie cognitive fournit à l'enseignant des éléments de compréhension du fonctionnement mental de l'enfant dans les activités d'apprentissage scientifique. L'enseignant peut gérer scientifiquement les activités de formation scolaire (dans la limite bien sûr des notions actuellement garanties). Il s'agit d'un formidable outil au service d'une pédagogie rationnelle : l'enseignant dispose de repères sur l'enfant pour mettre en place des actions de formation efficaces. Sans prétendre à une perfection de l'acte éducatif il s'agit cependant d'un bouleversement pour la pédagogie.   La psychologie de l'enfant  
Examinons succinctement les principaux aspects de la théorie piagétienne concernant le développement mental de l'enfant. Nous n'aborderons pas les aspects affectifs ou psychanalytiques, ni physiques du développement de l'enfant bien qu'ils jouent un rôle certain -dans le renforcement ou le déclenchement de l'évolution mentale - étant donné qu'ils ne sont pas descriptifs de la pensée cognitive en train de se construire, or c'est elle qui intéresse notre propos en premier lieu.    Croissance La croissance mentale de l'enfant est indissociable de sa croissance physique. Aussi certaines notions ne pourront-elles être acquises par l'enfant qu'à partir d'un certain âge.  Prenons pour exemple le cas du volume, ou de la vitesse. Ces notions sont très complexes, et l'enfant du cycle des apprentissages ne possède pas encore les structures mentales adéquates à leur assimilation. Cependant, le maître peut (voire «doit») dés ce cycle aborder certaines notions «pré-requises» pour apprendre celle de volume. Citons, notamment, la distinction gros/lourd, le problème de la forme q ui délimite l'espace.  Nous reverrons, dans le chapitre sur les conceptualisations en sciences physiques, qu'un concept n'est pas construit tout d'une pièce, dans une démarche isolée, mais représente l'aboutissement de tout une série de travaux préalables portant sur les différents aspects empiriques et abstraits du concept visé. Il faut renoncer à l'illusion de croire que de bonnes méthodes parviendront au but quel que soit le moment de l'apprentissage (voir la deuxième partie du livre à ce propos (1)),  Périodes de développement  Le développement de l'enfant se présente comme une suite de périodes, dont chacune rend compte en partie des suivantes, jusqu'à l'arrivée à l'état d'équilibre relatif que constitue le niveau adulte. On assiste en fait, à un mouvement de développement par paliers, chacun intégrant le précédent.  On distingue trois grandes constructions dont chacune prolonge la précédente, en la reconstruisant d'abord sur un nouveau plan, pour la dépasser ensuite de plus en plus largement.   1. Notamment, au fait que Si la notion de volume comme grandeur multiplicative ne s'aborde pas au cycle des apprentissages, il conviendra néanmoins d'en approcber les pré-requis indispensables, comme celui de forme ou de matière.    La période sensori-motrice. Elle est caractéristique du nourrisson (d'un âge s'étendant en moyenne sur dix -huit mois, ces limites étant à considérer souplement comme une estimation approximative). L'enfant agit et perçoit. Il élabore ses «substructures cognitives» (voir p. 7 du Que sais-je? sur la Psychologie de l'enfant de Piaget et Inhelder) qui lui servent de point de départ au développement de ses perceptions et à la construction de son intelligence.   La période de la fonction sémiotique et imitation. Elle commence aux environs de deux ans, et coïncide approximativement avec les débuts à l'école maternelle. L'enfant va pouvoir représenter quelque chose (un signifié objet, événement, action...) au moyen d'un signifiant particulier langage, geste, dessin, jeu symbolique.  Notons que le jeu symbolique est encore de l'imitation, alors que le dessin et le langage dépassent cette représentation «immédiate» pour une représentation différée; celle-ci provient de la représentation-pensée. On peut dire que cette représentation-là concrétise une image mentale, alors prête à devenir sensée.  Cette opération mentale de la représentation constitue l'essence de la pensée à ses débuts. Elle doit constituer l'un des axes de l'école maternelle : initier l'enfant à l'observation du monde et sa représentation. L'enseignant de maternelle peut trouver là un fil directeur pour sa pédagogie en sciences.  Il prépare, ce faisant, le terrain «mental» de l'enfant pour la troisième période qui caractérise l'école élémentaire.   La période des opérations « concrètes » de la pensée  e Première étape la représentation.  Elle coïncide avec les dernières années de maternelle et le cours préparatoire. C'est un moment délicat de transition entre l'action effectuée et sa représentation : l'enfant sait distinguer la représentation de l'action, mais la réussite d'une action ne signifie pas que sa représentation soit juste; l'enfant peut, par exemple, parcourir un chemin, mais le dessin représentatif sur un plan n'est pas nécessairement exact.  L'obstacle rencontré par l'enfant dans ce travail provient de la nécessité de reconstruire, dans la représentation, les relations qu'il a connues dans l'action : l'enfant sait accomplir une tâche, mais ne sait pas encore la représenter avec justesse. Il faut bien savoir cela pour évalu er judicieusement.  
Les enseignants ne doivent pas ignorer que le franchissement d'un tel obstacle est en soi un objectfa viser; aussi, avant de travailler les contenus spécifiques, spatiaux par exemple (repérages et orientation), il convient de travailler les problèmes de représentation dans des cas plus simples. Un tel travail apporte en plus, un effet de décentration qui constitue aussi un processus formateur indispensable.   Ainsi, un enfant aura beaucoup de difficulté à comprendre que la gauche d'un objet peut être la droite d'un autre dans une représentation, surtout 51 l'objet se déplace (comme par exemple un robot-Tortue de sol pilotable par programmation).  Enfin, la maîtrise du langage et la fonction sémiotique permettent la communication.  L'univers de la représentation n'est plus limité aux objets, mais il englobe d'autres personnes celles à qui s'adresse la représentation (les autres enfants, le maître, etc.). L'enfant devra tenir compte des différentes perspectives et opérer la décentration ind ispensable socialement.  Représentation, décentration, communication sont des objectifs à se donner en sciences au cycle des apprentissages. Ces trois aspects sont suffisamment rapprochés pour constituer un ensemble caractéristique du début de la période d es opérations concrètes. C'est aux enseignants du cycle des apprentissages qu'il revient d'y accorder le plus d'attention.  On peut dire que vers sept-huit ans environ (c'est toujours une estimation moyenne), l'enfant peut alors véritablement accéder aux opérations concrètes.  e Deuxième étape les opérations concrètes.  Une opération concrète ou une action intériorisée réversible cela est le point fort de la construction de l'intelligence que nous examinons maintenant. Piaget affirme que l'intelligence provient d'une action sur les objets. Lorsque ces actions sont réversibles (comme la réunion de deux classes, la sériation, la classification...) et intériorisables (on peut les penser avant l'exécution) elles constituent des «opérations». Comme ces actions portent sur des objets concrets, les opérations sont appelées «concrètes».  Selon Piaget, l'importance de ces «opérations concrètes» provient de l'insuffisance de la perception seule, pour rendre intelligent. Il faut, en plus, que par une action exercée sur les objets, l'enfant élabore à partir d'elle, des opérations logiques et mathématiques.  Par exemple, on peut faire classer des récipients selon qu'ils contiennent autant, plus, ou moins de sable. Ce tri a modifié le réel de façon réversible puisque l'on peut revenir à l'état antérieur en remettant tous les objets ensemble. On peut opérer ce tri en pensée avant de l'effectuer concrètement. Cette transformation sera une «opération concrète», c'est-à-dire une transformation réversible et intériorisable, s'appliquant à des objets concrets.  L'intérêt d'une telle opération, c'est qu'elle aboutit à «quelque chose qui ne change pas», encore appellé «invariant». Dans notre cas, la forme des flacons peut changer, on peut cependant trouver quelque chose qui se conserve : l'espace intérieur, encore appelé contenance ou capacité.  Cette capacité établie par le classement (action sur le réel) constitue l'invariant de cette opération; elle provient aussi d'un cadre logico -mathématique (la classe d'équivalence) mobilisé à cet effet, et construit (on a défini par le remplissage la relation d'équivalence).  Ainsi, retenons que la connaissance n'est pas la copie du réel et que la construction de l'intelligence nécessite à la fois du concret (sensation et perception), de l'action (transformer le réel), du raisonnement (structure logico-mathématique).   Cela va tout à fait à l'encontre des conceptions empiristes jusqu'à présent admises (au moins implicitement) qui prétendent que le simple contact, ou l'observation, suffit à faire naître les structures intellectuelles.  Piaget est formel c'est le triptyque sensation-raison-action qui est à la base du fonctionnement de l'intelligence.  Il ne suffit donc pas de généraliser, de raisonner, de manipuler, il faut conjuguer ces trois dimensions ensemble. Nous croyons que cela constitue le fondement scientifique de toute stratégie pédagogique rationnelle.  Remarques. Nous nous sommes limités aux opérations concrètes car elles constituent le seul terrain épistémologique envisageable à l'école élémentaire. Le niveau de la pensée formelle, avec raisonnement sur des hypothèses et opérations propositionnelles sera abordé dans le premier cycle du secondaire. Le pré-adolescent parviendra à se dégager du concret, et à situer le réel dans un ensemble de transformations possibles. Nous aurons la pensée hypothético-déductive. Nous allons voir, dans ce qui suit, les conséquences à tirer de ces considérations sur la psychologie, pour la mise en oeuvre de l'apprentissage à l'école.     Nous venons de voir les principaux aspects de la psychologie de l'intelligence établie par Piaget. Par ailleurs, nous avons rappelé que les pratiques pédagogiques dépendent des conceptions sous -jacentes de l'apprentissage. Dès lors, que nous admettons cette liaison, comment articuler ces deux lignes directrices, pour établir une pédagogie cohérente? Nous n'aborderons pas la question d'emblée, notre souci étant
QUELLE PÉDAGOGIE POUR LA CONSTRUCTION DE L'INTELLIGENCE?
aussi d'éliminer toute dérive ou mauvaise interprétatio n de nos propos. Nous présenterons donc, brièvement, les principales caractéristiques des conceptions antérieures, pour que se dégage, le mieux possible, la conception que nous proposons.    Des faits aux idées : la pédagogie de l'induction?  De la fin du XIXe siècle (début de l'école obligatoire) jusqu'au milieu du XXe siècle, on lit dans les instructions officielles : «la méthode doit être intuitive et inductive, partant des faits sensibles pour aller aux idées»... «Apprendre à observer doit être l'un des principaux soucis de nos éducateurs». L'enseignement doit se baser sur l'observation : l'observation est la méthode «reine», qui doit partir des faits et permet «d'atteindre les idées»  Ainsi, en observant la nature (et seulement en l'observant), on effec tue, en quelque sorte, une copie du réel dans la pensée, ce qui structure naturellement et spontanément l'intelligence.  Il n'est pas question «d'action». La «nature» est bien faite, et il suffit de la laisser faire : elle imprime «naturellement» la conna issance dans l'esprit de l'élève. Et Si cela n'est pas satisfaisant, c'est que l'esprit de l'enfant est à remettre en cause (mais jamais le pédagogue...).  «Observez... Voyez... que... Apprenez...», l'enfant n'est pas tenu d'agir le maître «lui montre», l' enfant reçoit des informations qui sont censées prendre forme toutes seules dans son esprit. Nous savons que ces démarches ont été très suivies dans l'enseignement. Elles reposent sur l'empirisme, théorie de la connaissance qui se réclame de l'observation et de l'induction: «je vois un fait... j'en infère immédiatement une théorie». Or, Si l'observation est nécessaire, chacun sait, en son for intérieur, qu'elle n'est pas suffisante, et que l'élaboration des savoirs théoriques ne va pas «des faits à la théorie» il faut nécessairement s'être posé, auparavant, un certain nombre de questions. Aujourd'hui, deux autres approches pédagogiques se partagent le terrain. Elles se distinguent essentiellement par l'explication qu'elles donnent du comportement d'un individu qui apprend. La première recommande l'apprentissage par conditionnement (on indique que la réponse est bonne, par sa récompense). La seconde propose que l'individu autonome et créatif construise son savoir, d'où l'appellation de constructivisme (en résolvant des problèmes, l'enfant trouve sa solution, laquelle devient son savoir). Examinons ces deux conceptions pédagogiques.    Pédagogie de la réponse  Dans ce premier cas, la réponse a un caractère d'automaticité : soit par l'alternance juste/faux, soit par la méthode oui/non. Le mécanisme d'apprentissage repose toujours sur la mémoire :je fais appel à ma mémoire pour répondre «oui» («non») ou, «juste» («faux»). Dans ce cas, le savoir fonctionne, comme une mémorisation du contenu. Dans un tel contexte, on peut évoquer «le conditionnement». Cela constitue le behaviorisme ou comportementalisme.  Remarque. On ne peu4 plus dire qu'à l'école les maîtres pratiquent cette pédagogie. Ils ont le souci de faire participer les enfants, et de faire appel à leur raisonnement.  Il arrive pourtant que, parfois (à l'occasion d'exercices, par exemple), l'enfant n'ait pas eu le temps d'assimiler les contenus : il peut alors être amené à répondre sans jugement, comptant sur sa seule mémoire. Mais cela n'est qu'un avatar et ne représente pas une démarche pédagogique générale.    Enseignement programmé  Nous le citons, pour information, bien que, dans les classes, il ne soit pas généralement .utilisé. C'est une forme d'enseignement qui dérive de la pédagogie précédente (pédagogie de la réponse).  Des items se succèdent, selon un ordre fixé par le concepteur du programme. Les enfants doivent fournir des réponses, sur la base de leurs connaissances antérieures. Un bon exemple de ce type d'enseignement, est constitué par des «cours avec réponses à choix multiples» (ou QCM).  Nous ne nous étendrons pas sur ce point, notre conviction étant sans doute partagée par la plupart des pédagogues : ce type d'enseignement peut, au mieux, servir de forme d'évaluation; il ne présente à l'enfant ni maîtrise de la situation globale, ni possibilité de sortir du cadre défini. Tout au plus, peut-on l'envisager comme soutien, ou renforcement systématique, mais difficilement comme une construction du savoir par l'enfant.  Ce type d'enseignement a connu une certaine vogue. Il est maintenant assez peu utilisé. On parle plutôt d'FAIO (enseignement assisté intelligemment par l'ordinateur). La linéarité est délaissée au profit de moyens plus sophistiqués (hypercards ou hypermédias), qui ne sont pas encore opérationnels, dans le champ de l'enseignement.  
 A l'école, l'existence de quelques logiciels intelligents existant permet d'envisager des activités ludiques qui rendent l'enfant intellectuellement actif et capable de construire des connaissances. Mais ce n' est pas un hasard s'ils existent seulement en mathématiques et en français (Imagiciels en math ou, Roman en français).  L'émerveillement des premières découvertes du monde en sciences ne peut se satisfaire de la seule simulation.   Pédagogie et construction du savoir  Nous croyons que des acquisitions stables ne peuvent s'installer qu'avec la participation consciente de l'enfant.  L'enfant cherche et agit selon ses représentations  Il faut donc mettre au jour ses représentations mentales.  Le maître, durant la phase de démarrage, fera le point avec les enfants, de ce qui les préoccupe, des questions qui surgissent, des idées émises. Il s'appuie alors sur les suggestions collectives (ou il proposera ou suggérera) pour installer des situations de travail (expé rimentales, ou documentaires, ou autres) pour que l'enfant, par ses actions concrètes, établisse des relations, structure son intelligence et construise ainsi son savoir. Le maître impulse la recherche et organise le travail des enfants. Notons que, dans ces conditions, la seule activité de recherche est, en elle-même, antinomique d'un conditionnement.  Des connaissances à faire construire par l'enfant  Une situation de recherche est un moment très fort pour l'enfant il doit raisonner, et mettre en oeuvre les «schèmes» de pensée qui le conduisent à de nouveaux savoirs.  Démarche spiralaire, elle associe structure de pensée et structure de connaissance, les deux se trouvant liées dans l'activité intellectuelle et pratique de l'enfant «il doit agir pour comprendre » et «il doit comprendre pour agir».  Aussi l'enseignant doit-il tenir compte en même temps, des contenus à installer et des capacités structurelles de la pensée enfantine. Son intention didactique est alors déterminante.  Le maître propose des situations d'activités pour mettre en oeuvre des opérations mentales, et construire des notions  Pour cela, il choisit des situations particulières où l'enfant doit agir sur le réel pour inventer des réponses. Il met alors en oeuvre des opérations privilégiées qui lui permettent d'aboutir aux notions visées.  On se reportera utilement à la dernière partie pour des exemples. Quelles opérations mentales, pour quelles notions?   Les opérations mentales  On aura principalement : - la conservation (de la masse, du nombre,...); - la sériation (comparer du plus... au moins), la classification (les conducteurs/isolants); - la mise en correspondance; le tableau à double entrée (appelé matrice). -  Les notions  Il s'agit des contenus des programmes de l'école élémentaire. En sciences physiques, on retiendra les grandeurs physiques traditionnelles -longueur, masse, aire, capacité, volume, temps, vitesse et température - ainsi que les notions et concepts de physique, d'astronomie, d'électronique, de mécanique et informatique. Remarques. Les grandeurs, en physique, concernent des objets continus comme l'espace et le temps. Leur mesure ne pourra se faire par dénombrement : il faudra donc obligatoirement construire leurs concepts caractéristiques (longueur, masse, aire, volume, vitesse, etc.) avant d'en effectuer la mesure (au sens mathématique du terme). On se reportera, à titre d'exemple, en troisième partie pour plus de détails sur l'introduction du volume à l'école élémentaire.   L'enfant questionne, et cherche expérimentalement des réponses   
Deux principes guident l'action pédagogique du maître en sciences physiques.   Des questions. Il faut d'abord qu'il y ait questionnement pour que l'enfant élabore des connaissances.   Une recherche. L'activité de recherche doit, avant tout, être expérimentale : par tâtonnement ou par démarche expérimentale plus complète. Ce deuxième point appelle toutefois une remarque; une recherche expérimentale n'est pas seulement une manipulation : l'enfant doit agir en regardant, en touchant, en modifiant, mais l'action ne doit pas se limiter au seul contact sensoriel (ou l'on retomberait dans l'ornière du «sensualisme» caractéristique de la pédagogie empiriste). Elle doit permettre de franchir un obstacle de compréhension, et doit donc s'accompagner d'une visée intellectuelle (effort pour classer des matières, pour suivre l'ombre au soleil, pour empêcher un mobile de tomber...>.  L'action et l'observation doivent donc jouer un véritable rôle d'outil (autre que celui de l'obligation scolaire) : elle s doivent servir à trouver des réponses. C'est seulement après cette étape, que les recherches bibliographiques ou documentaires seront conduites. Pour conclure, le maître guide, impulse, anime, relance, suggère, organise, aide,... mais se garde de dévoile r les réponses : l'enfant est «au centre de la formation», il est acteur dans la construction de ses connaissances. Remarques. Pour des actions plus ponctuelles (renforcement des acquis, ou installation d'un pré-requis), on pourra parfois avoir recours à des activités plus systématiques de type exercice. C'est la multiplicité des formes pédagogiques qui doit être recherchée, et leur sélection en fonction des besoins. Mais les choix s'inscriront toujours dans le cadre d'une approche constructiviste.    
È REP RES POUR LA DIDACTIQUE DES SCIENCES PHYSIQUES A L'ÉCOLE ÉLÉMENTAIRE
  Une physique expérimentale et sans formule  Opposition qualitatif/quantitatif  On oppose en général la physique qualitative -expérimentale et sans formule - à la physique quantitative, traduite par des formules. Rappelons-nous pour fixer les idées, cette «fameuse loi d'Ohm» qui, pour tout un chacun se borne souvent à la relation U R. I.  Et pourtant, allumer une guirlande d'ampoules électriques paraît assez simple. Pour cela, il faut co mprendre que l'utilisation des mathématiques n'est pas toujours indispensable.  Citons Einstein (1>: «La plupart des idées fondamentales de la science sont essentiellement simples et peuvent en général être exprimées dans le langage que tout le monde comprend... Aussi longtemps que nous nous occupons seulement d'idées physiques fondamentales, nous pouvons nous passer du langage mathématique... (mais) pour tirer des conclusions quantitatives, nous devons faire usage du langage mathématique.»  Ainsi, il ne faut pas confondre la découverte et la compréhension d'un phénomène avec l'emploi de formules de mathématiques nécessaires à la prévision de résultats. Se rendre compte des effets du courant, n'implique pas l'utilisation de formules : elles deviendront néces saires pour prévoir avec précision, ou pour bâtir un ensemble théorique général. Cela se fera dans l'enseignement secondaire et supérieur, et doit donc être réservé : à chaque niveau ses exigences.  A l'école élémentaire, dans une approche expérimentale de la découverte, établir des relations et des comparaisons est tout à fait suffisant. On pourra ainsi dire que «plus il y a d'ampoules identiques dans la série, moins elles brillent». Ce faisant, on privilégie l'aspect sensible de la physique, avant son formalisme.      1. Évolution des idées en physique, EJN5TEIN et INFELD, Payot.   L'expérimental est indispensable  L'aspect expérimental de la physique est absolument nécessaire, et doit être réhabilité à l'école élémentaire pour deux raisons. D'abord parce que, avant d'établir des lois, l'enfant doit maîtriser les concepts qui les concernent; pour les construire, il doit explorer les propriétés de la nature, donc travailler expérimentalement.  
Ensuite, psychologiquement, un enfant ne peut passer au stade formel (celui des relations mathématiques> qu'à la condition d'avoir bien construit le stade des opérations concrètes et d'être capable d'abstraction (de type empirique : voir le chapitre «Qu'est -ce qu'un concept?».)  A titre d'exemple, on peut imaginer que le concept de «conducteur» est établi par des manipulations simples : au cours de tests expérimentaux, on remplace plusieurs fois l'objet AB du circuit, pour constater qu'une certaine catégorie de matière (les métaux> donne la même réponse.  L'action commande l'observation, elle montre que «quelque chose est pareil». C'est cette conjugaison de l'action et du raisonnement qui construit l'abstraction : il est évident que les calculs et les formules sont, ici et pour le moment, inutiles, et que seul le rapport au concret est pris en compte.
 
 Exemple d'expérimentation permettant d'établir la notion de conducteur.   Ce que veut dire une physique qualitative  Une physique qualitative implique d'abord un support de travail concret (matériel, objets, etc.). Elle co nsiste à mettre en place des situations expénmentales, à les faire évoluer, à traduire avec des mots-clés disponibles les faits expérimentaux pour en dégager quelques significations, ou de nouveaux concepts. Par exemple, en électricité, on pourra dire que «plus il y a de mauvais conducteurs dans un circuit, moins les ampoules brillent », et cela permettra tout à fait de comprendre ce qui se passe, et de faire des prévisions. Ce stade de compréhension est certes limité, mais il informe «qualitativement» sur le système : c'est le type de connaissance qu'il convient de viser à l'école élémentaire.  A titre d'exemples, voici d'autres propositions  e Plus il fait chaud, plus l'eau s'évapore. e Plus le trou d'une chambre noire est gros, plus l'image est floue. e Pour qu'un objet flotte il faut lui ajouter du volume avec des bouchons. e Les ombres deviennent plus courtes quand l'heure s'approche de midi. · Dans un engrenage, la petite roue tourne toujours plus vite que la grosse; elle tourne deux fois plus vite Si elle a deux fois moins de dents, etc. Il s'agit, dans tous les cas, d'exprimer des comparaisons et des variations sans «quantification», à l'aide du langage naturel (et non du langage mathématique). Remarquons que la relation (plus..~ plus; plus... moins; plus que; moins que; etc.) établit des sens de variations, ou des ordres, et ne permet pas de calculs précis. On peut cependant en tirer une information pour agir sur le système : ce niveau de connaissance suffit à l'école élémentaire, pour une approche des phénomènes. On parlera à ce propos, de niveau élémentaire de connaissance (élémentaire pris dans son sens de premier).    Du concret a' l'abstrait l'école apporte des concepts Agir scientifiquement ou bricoler?
 Comprendre la nature a toujours été l'un des buts de l'activité humaine, que ce soit philosophiquement, scientifiquement ou technologiquement. La science est devenue le moyen d'explorer la nature, et ses résultats sont souvent exploités par la technologie; l'inverse est d'ailleurs aussi possible: la technologie sert parfois de levier à la science. Pour agir sur la nature, il faut être capable de prévoir les résultats de l'action. Pour cela, le bricoleur tâtonne : il acquiert une expérience, et procède ainsi par une suite d'essais/erreurs et de rect ifications. Dans la mesure oû il explore une grande quantité de situations , il finit par avoir une certaine connaissance du réel, mais elle est toujours limitée et fragmentaire (comment imaginer que quelqu'un a rencontré toutes les situations possibles). Le scientifique est celui qui agit par référence à un modèle théorique. La prévision est fondée sur la connaissance de la théorie, et le dispense d'essais longs et fastidieux (toutes réserves étant mises cependant quant aux aléas toujours possibles). Cette distinction entre bricoleur et scientifique - commentée par LéviStrauss, dans la Pensée sauvage -ne doit pas impliquer une hiérarchie de «valeurs» (même Si chacun reconnaît aujourd'hui l'avantage du gain de temps et de la qualité des solutions). On retrouve cette distinction à l'école, à travers les démarches mises en oeuvre par l'enfant au cours des activités scientifiques il doit tâtonner, pour explorer les situations. C'est au maître d'aider à organiser les solutions trouvées en un premier savoir scientifique.   Il faut représenter le monde  Ce premier savoir scientifique de l'enfant constitue sa «représentation du monde», c'est-à-dire son «explication» du monde. Pour cela, l'enfant a dû conceptualiser, et construire des «modèles». Si l'on veut saisir la portée de ces deux termes - concepts, et modèles - il faut commencer par mettre en parallèle le concept et le phénomène correspondant. Rassemblons dans un tableau quelques exemples.  Concept Phénomène correspondant  le courant électrique conducteur/isolant température solide/liquide les grandeurs d'espace de temps, de masse  la déformation/le mouvement l'éclat de la lumière variations de luminosité dilatation propriétés de la matière les opérations logico-mathématiques  Quel avantage apporte le concept? Il permet de se dégager du cas particulier, de l'expérience vécue; il peut aussi se composer avec d'autres concepts, pour établir des relations ou des règles de fonctionnement (c'est-à-dire des «modèles»). Deux moments peuvent donc être distingués dans ce processus celui de la mise en place des concepts, celui de l'établissement des relations.  Au niveau maternelle, on découvre le concret, la maîtrise des techniques premières de représentation (dessins, tableaux), cel a à partir de situations expérimentales.   Au cycle des apprentissages fondamentaux et d'approfondissement, on commence la conceptualisation, et l'on établit des relations. - La conceptualisation est un moment-clé de la construction de l'intelligence de l'enfant il témoigne du passage de la pensée concrète à la pensée abstraite. Nous savons que la plupart des enjeux scolaires gravitent autour de ce point central de l'abstraction; c'est dire son importance pour l'avenir de l'enfant.    Pour un concept : trois aspects complémentaires  Bien que la notion de concept soit assez complexe, il nous paraît indispensable de la présenter, ne fut -ce que rapidement : Si l'on veut éviter la «recette pédagogique», il faut, encore une fois, s'attacher aux bases théoriq ues qui fondent les pratiques.  Prenons un exemple. Un maître souhaite que ses élèves acquièrent la notion du concept de «liquide». Il peut pratiquer de différentes façons (que nous présenterons de façon schématique, pour alléger l'argumentation)  a) Montrer un litre de lait et dire «voici un liquide».  b) Énoncer des définitions : «un liquide est un état de la matière», ou bien «c'est un corps qui prend la forme du récipient qui le contient».  c) Faire classer des échantillons de matière (couleurs semblables pour éliminer le classement par couleur).  ·  Dans le premier cas (a) l'enfant peut hésiter entre plusieurs significations du mot liquide ce que je bois; l'ensemble bouteille + lait; de la matière blanche; etc.  Le mot désigne un objet... et non un concept; il n'est pas possible de connaître ce que pense l'enfant.
 e Dans le deuxième cas (b) la définition résume une série d'actions.  Celles-ci n'ont pas forcément eu lieu (transvasement); l'enfant ne peut pas attribuer un sens au changement de forme il doit passivement vérifier a posteriori ce que le maître dit (en l'ayant peut-être mal compris). Il «suit» le maître qui détient ses propres clés du savoir.  e Dans le troisième cas (c), l'enfant classe il agit et il cherche un critère de classement. Il coordonne ainsi l'action à sa pensée. Il trouve un «invariant» (même propriété les substances qui coulent sont ensemble et constituent une classe d'équivalence).  On peut dire qu'il opère une abstraction (appelée «empiriste » par Piaget): il construit alors un c oncept.  Pour construire des concepts il faut trois conditions  e Une situation concrète (ici, expérimentale avec la consigne de classer).  e Trouver un invariant (quelque chose qui ne change pas).  · Exprimer par des symboles (pour représenter ce que l'on vient de trouver) ici le mot liquide est le symbole (ou le signifiant).    Intérêt de la démarche  L'activité est fonctionnelle (elle sert à produire quelque chose). L'enfant opère en pensée (il met en oeuvre le mécanisme de l'abstraction); c'est le «noyau de l'action didactique».  L'enfant s'approprie les langages, et notamment le langage naturel : le mot devient «véhicule de sens» (et non plus définition a priori).  Conclusion  La connaissance de l'enfant est générale (puisque abstraite) elle peut être réinvestie dans d'autres situations.  La démarche permet une pédagogie différenciée (situations adaptées aux élèves).  La construction des concepts est par conséquent la base de la didactique des sciences physiques à l'école élémentaire, et plus généralement celle du développement intellectuel de l'enfant.   Conséquences pédagogiques  Pour les activités des sciences physiques à l'école, le maître veillera à mettre en oeuvre trois niveaux simultanément  1. Le niveau concret des situations.  2. Le niveau logique des opérations mentales, et spécialement la reconnaissance d'invariants pour traiter la situation.  3. Le niveau symbolique qui exprime le résultat.  Le caractère abstrait d'un concept réside en ce triplet, et en constitue la résultante.   Quels concepts de sciences physiques pour l'école élémentaire?  Au cours préparatoire Matière et matériaux  Matière - Forme Malléabilité Dureté transparence  Contact électrique Interrupteur  Flottaison Ombre Aimant
Le monde des objets  Initiation à : rotation, translation trajectoire   Familiarisation avec la liaison science  Applications technologiques