[PDF] lenseignement de latome en collège et lycée: vers une didactique

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N°d'ordre NNT :

2017LYSE1182

THESE de DOCTORAT DE L'UNIVERSITE DE LYON

opérée au sein de l'Université Claude Bernard Lyon 1

Ecole Doctorale N° accréditation ED 485

(EPIC) Spécialité de doctorat : SCIENCES DE L'ÉDUCATION

Discipline : DIDACTIQUE DES SCIENCES PHYSIQUES

Soutenue publiquement le 27 septembre 2017, par :

MARION DUBOSQ

Devant le jury composé de :

Poplimont, Christine Professeur, Université d'Aix Marseille Présidente Poplimont, Christine Professeur, Université d'Aix Marseille, Rapporteur Snauwaert Philippe Professeur, Université de Namur, Rapporteur Munier Valérie Maitresse de Conférences HDR, Université de Montpellier Examinatrice Mougniotte, Alain Professeur, Université Lyon 1, Directeur de thèse Caumeil, Jean Guy Maitre de conférences, Université Lyon 1, Co-directeur de thèse 2

UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON 1

Président de l'Université

Président du Conseil Académique

Vice-président du Conseil d'Administration

Vice-président du Conseil Formation et Vie Universitaire

Vice-président de la Commission Recherche

Directrice Générale des Services

M. le Professeur Frédéric FLEURY

M. le Professeur Hamda BEN HADID

M. le Professeur Didier REVEL

M. le Professeur Philippe CHEVALIER

M. Fabrice VALLÉE

Mme Dominique MARCHAND

COMPOSANTES SANTE

Faculté de Médecine Lyon Est - Claude Bernard Faculté de Médecine et de Maïeutique Lyon Sud - Charles

Mérieux

Faculté d'Odontologie

Institut des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques Institut des Sciences et Techniques de la Réadaptation Département de formation et Centre de Recherche en Biologie

Humaine Directeur : M. le Professeur G.RODE

Directeur : Mme la Professeure C. BURILLON

Directeur : M. le Professeur D. BOURGEOIS

Directeur : Mme la Professeure C. VINCIGUERRA

Directeur : M. X. PERROT

Directeur : Mme la Professeure A-M. SCHOTT

COMPOSANTES ET DEPARTEMENTS DE SCIENCES ET TECHNOLOGIE

Faculté des Sciences et Technologies

Département Biologie

Département Chimie Biochimie

Département GEP

Département Informatique

Département Mathématiques

Département Mécanique

Département Physique

UFR Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives

Observatoire des Sciences de l'Univers de Lyon

Polytech Lyon

Ecole Supérieure de Chimie Physique Electronique

Institut Universitaire de Technologie de Lyon 1

Ecole Supérieure du Professorat et de l'Education Institut de Science Financière et d'Assurances Directeur : M. F. DE MARCHI

Directeur : M. le Professeur F. THEVENARD

Directeur : Mme C. FELIX

Directeur : M. Hassan HAMMOURI

Directeur : M. le Professeur S. AKKOUCHE

Directeur : M. le Professeur

G. TOMANOV

Directeur : M. le Professeur H. BEN HADID

Directeur : M. le Professeur J-C PLENET

Directeur : M. Y.

VANPOULLE

Directeur : M. B. GUIDERDONI

Directeur : M. le Professeur E.PERRIN

Directeur : M. G. PIGNAULT

Directeur : M. le Professeur C. VITON

Directeur : M. le Professeur A. MOUGNIOTTE

Directeur : M. N. LEBOISNE

3

RESUMÉ

Cette thèse est fondée sur la nécessité de répondre aux difficultés d'enseigner les sciences en

prenant en compte la singularité de l'élève et en donnant du sens aux apprentissages.

Aujourd'hui, la ou les didactique (s) ne réponde (nt) que partiellement à cette problématique.

Pour preuve, il existe toujours une catégorie d'élèves en difficulté voire en échec scolaire. Nous

proposons ici une didactique instrumentale actualisée qui propose de répondre à cette situation.

Celle-ci prend appui sur la théorie instrumentale de Vygotski qui mentionne que le

développement culturel tire le développement biologique, que l'élève se construit par les

concepts et que le langage est un des premiers instruments psychologiques qui instrumente la pensée. Partant d'un projet interdisciplinaire en sciences physiques et éducation physique et sportive, avec comme thème le concept d'atome, nous proposons de mettre en oeuvre cette nouvelle didactique, en nous appuyant sur l'analyse des conceptions de 660 élèves de la 5

ème

la terminale S sur l'objet considéré, en travaillant dans une Zone de Plus Proche

Développement (ZPPD). L'activité maîtresse a été minutieusement choisie de façon à être

adaptée et adaptable à l'ensemble des élèves, en identifiant les transformations des niveaux de

savoir d'un élève, dans la cognomorphose et la cognogénèse, au cours de son apprentissage.

Quatre expérimentations en collège et lycée ont été menées et ont permis de rendre compte des

modes de pensée des élèves à chaque étape de l'apprentissage. Elles ont montré la pertinence

de l'utilisation d'une carte conceptuelle, désignée d'étayage par Bruner, spécialement conçue

et adaptée à des élèves des cycles 3 et 4 du collège et du lycée. Cette thèse, qui utilise pour étayer ses propres conclusions, des expérimentations et des méthodes liées directement aux principes de la didactique instrumentale qu'elle veut promouvoir, en plus de sa volonté de faire progresser la recherche dans ce domaine précis, a pour vocation d'apporter une réelle utilité professionnelle pour les enseignants de sciences.

TITRE en anglais :

The impact of teaching content on adolescents: the teaching of the atom in secondary school. Towards an instrumental didactic. 4

ABSTRACT :

This dissertation is based on the need to respond to the difficulties of teaching science by taking into account the singularity of the learner, but also by giving sense to learning. Nowadays, didactic(s) only partially respond(s) to this problem. Evidence of it is that there are always a number of learners in difficulty or even failure at school. What we suggest is an updated instrumental didactic as a response to that situation. It is based on Vygotski's instrumental theory, which mentions that cultural development enriches biological development, and that learners construct themselves via concepts, and that language is one of the first psychological instruments that organizes human thought. Starting from an interdisciplinary project in Physical Sciences and Physical Education, with the concept of atom as a theme, we propose to implement that new didactic, based on the analysis of the conceptions of 660 secondary school goers from 1 st year to 7 th year (math mention) on the object of learning, working within their Zone of proximal development (ZPD). The main activity was carefully selected so as to be adapted and adaptable to any learner. To make it so we identified the changing levels of a student's knowledge in cognomorphosis and cognogenesis during their learning. Four experiments both in lower and higher secondary school were carried out and enabled us to account for the modes of thought of the students at each stage of the learning. They have shown the relevance of the use of a mind map, designed as a scaffolding device by Bruner, and specially designed towards learners in first and second year of lower secondary school as well as the higher secondary school. This dissertation, which, to back up its very own conclusions, uses experiments and methods directly related to the principles of the instrumental didactic that it wishes to promote. Besides it has for vocation to promote research in that specific field, and bring a real professional usefulness to science teachers.

DISCIPLINE :

Didactique des Sciences Physiques

MOTS-CLEFS : Théorie instrumentale. Lev Vygotski. Zone de plus proche développement. Etayage. Concept. Atome. Langage. Carte conceptuelle. KEYWORDS : Instrumental theory. Lev Vygotski. Zone of proximal development. Scaffolding. Concept. Atom. Language. Concept map. INTITULE ET ADRESSE DE L'U.F.R. OU DU LABORATOIRE : Laboratoire ECP (Éducation Cultures Politiques) EA 4571, ISPEF, Université Lyon 2, 86 rue

Pasteur 69002 Lyon

5 A mon père, Monsieur François Dubosq, décédé au cours de cette thèse. 6

REMERCIEMENTS

Je remercie particulièrement

Monsieur Alain Mougniotte pour la confiance qu'il m'a toujours témoignée : il m'a laissé toute l'autonomie souhaitée en faisant preuve de bienveillance. Je retiens les bonnes conditions de travail qu'il a pu me procurer pour réaliser ce travail. M Jean Guy Caumeil pour m'avoir donnée envie de faire de la recherche, pour son écoute, son accompagnement et ses encouragements tout au long de ces cinq années de recherches. Ces échanges furent pour moi de vrais moments de satisfactions intellectuelles partagées. Mme Christine Poplimont et M Philippe Snauwaert d'avoir accepté d'être les

rapporteurs de cette thèse ainsi que Mme Valérie Munier pour l'intérêt qu'elle porte à ma

recherche en acceptant de faire partie de mon jury. C'est un honneur pour moi. Monsieur Philippe Meirieu qui au début de ma carrière a su me montrer la voie vers ce cheminement de pensée et de la confiance qu'il a su m'accorder en me confiant différentes responsabilités durant les années où il fut directeur de l'IUFM. Les enseignants en sciences physiques du lycée Edouard Herriot, les professeurs

stagiaires et les anciens professeurs stagiaires devenus titulaires qui ont accepté de faire passer

des questionnaires dans leur établissement. Mesdames Elizabé et Semoun, Messieurs Metzler et Olivier, enseignants qui m'ont

aidée à mener mes expérimentations dans leurs établissements scolaires respectifs ainsi que

leurs chefs d'établissement qui m'ont ouvert les portes des classes avec enthousiasme. Les élèves rencontrés au cours de ces expérimentations, sans eux rien n'aurait pu aboutir. Monsieur Mohamed Soudani pour les entretiens qu'il a bien voulu m'accorder, les

conseils qu'il m'a prodigués pour valoriser cette voie de recherche et son aide logistique à la

fin de cette thèse. Messieurs Georges Gardet, Hugues Chabot pour leur aide scientifique. Messieurs Christian Alin, Dominique Berger pour m'avoir donné des conseils au moment de l'écriture de cette thèse. Madame Gaëlle Arpin-Gonnet, Monsieur Jean Claude Boulu, Mme Viviane Coeurdray, Mme Valérie Lempereur de Sigoyer pour la relecture des différentes parties de cette thèse. Monsieur Eddy Sebahi pour l'aide apportée dans la traduction en anglais du résumé.

7 Monsieur Robert Cantiani pour sa grande patience dans la relecture de la bibliographie.

Mademoiselle Antonine Gard, ma fille, pour son aide technique précieuse et la relecture des annexes. Mademoiselle Marine Gard, ma fille, pour son soutien moral. Mme Christiane Dubosq, ma mère, pour sa patience et son aide dans la logistique des vacances studieuses. Et à toutes celles et tous ceux qui ont croisé mon chemin, plus particulièrement mes collègues de l'ESPE qui durant ces années, m'ont toujours encouragée. 8 9 10 11 12 13

La rencontre avec L. Vygotski

1 " L'homme vit de la nature, signifie : la nature est son corps avec lequel il doit maintenir un processus constant pour ne pas mourir. Dire que la vie physique et intellectuelle de l'homme est indissolublement liée à la nature ne signifie pas autre chose sinon que la nature est indissolublement liée avec elle-même, car l'homme est une partie de la nature. » 2

En maitrisant

la nature, nous nous maitrisons aussi nous mêmes. " natura parendo vincitur » 3 La main et l'intelligence humaines, privées des outils nécessaires et des auxiliaires, restent assez impuissantes ; inversement, ce qui renforce leur puissance, ce sont les outils et les auxiliaires offerts par la culture. " Nec manus, nisi intellectus, sibi permissus, multam valent: instrumentis et auxilibus res perficitur » 4 " Mais si vient le temps où l'on ne concevra plus le développement de l'esprit comme un voyage

solitaire où chacun suit son propre chemin, où l'on ne vénérera plus la culture pour ses seuls

trésors (la "haute" culture comme on dit) mais où l'on valorisera le fait qu'elle propose une

trousse à outils composée de procédures permettant d'atteindre un niveau supérieur alors on

découvrira Vygotski ». 5 " L'apprentissage donne naissance chez l'enfant à toute une série de développements internes qui ne lui sont accessibles que dans le cadre de la communication

avec l'adulte et la collaboration avec les camarades, mais qui une fois intériorisés, deviendront

une conquête propre de l'enfant [...] » 6 14

AVANT-PROPOS : MON PARCOURS DE

RECHERCHE, MON CHEMINEMENT

PERSONNEL.

La décision que j'ai prise de produire une thèse sur un sujet alliant la recherche en

sciences de l'éducation et la didactique de la physique est étroitement liée à mon parcours

professionnel et à son évolution singulière. De poste d'enseignante en sciences physiques en

poste de professeur chargée de missions spécifiques autour des sciences, mon action professionnelle a guidé ma réflexion théorique et pratique, me conduisant aujourd'hui à produire un travail qui se veut en même temps oeuvre théorique sur mon sujet de thèse et production utile aux enseignants dans leur pratique didactique et pédagogique. Trente ans de carrière dans l'enseignement des sciences physiques, trente ans de passion à expliquer les

Sciences, m'incitent aujourd'hui à produire une thèse en Sciences de l'éducation. Mon travail

entend reprendre le cheminement de ma pensée sur l'enseignement des Sciences au cours de toutes ces années. Six prémisses résument le cheminement de ma pensée, au travers de mon parcours personnel. Les réflexions didactiques et pédagogiques construites progressivement dans mon parcours professionnel me conduiront à formaliser le questionnement de ma thèse.

Prémisse 1 : cette thèse a pour objet, de répondre aux préoccupations du pédagogue qui

souhaite mener ses élèves à la réussite scolaire et professionnelle. Le but ultime, pour tout

pédagogue, dans une carrière d'enseignant, est de lutter contre l'échec scolaire et d'assurer la

réussite de chacun de ses élèves.

J'ai eu la chance de débuter ma carrière dans un collège situé à la campagne, loin des

tumultes de la grande ville, dans un milieu socialement hétérogène, certes, mais, où les élèves

étaient, de manière évidente et quasi permanente à l'époque, respectueux de l'enseignant.

Cette première expérience, qui a duré dix ans, m'a permis d'acquérir une relative assurance

dans le domaine de la gestion de classe, mais également dans le domaine pédagogique. J'ai pris

conscience rapidement de la difficulté à enseigner les sciences et j'ai pu relever les différents

obstacles d'apprentissage rencontrés par les élèves. Cette époque m'a fait prendre conscience que l'apport de la culture générale, et en

l'espèce l'apport spécifique de la culture scientifique, était essentiel dans le cursus d'un élève

et que si, la famille ne pouvait l'apporter facilement, l'École se devait de pallier ce manque.

Convaincue de cette nécessité, j'ai élaboré des projets pédagogiques, pluridisciplinaires avec

mes collègues. Plus tard, arrivant dans l'académie de Lyon, et nommée en collège ZEP 7 , je me suis sentie mieux outillée et mieux préparée pour mener à bien mon enseignement. Mais que veut dire mener à bien son enseignement ? Les premières difficultés surgirent rapidement. Comment promouvoir et mener à bien un bon apprentissage des sciences avec 30

élèves dans une même classe dont un bon tiers, voire plus, se trouve en échec scolaire, et

maintenir la classe au même niveau qu'une classe dite " classique » ?

J'ai compris alors, que si je souhaitais mener ces élèves à la réussite, il fallait en premier

lieu leur faire aimer les sciences. L'image de la chimie a été dégradée, auprès des néophytes à

travers différents domaines d'activités industrielles comme les industries polluantes et

15 l'industrie nucléaire, principalement par les médias qui diffusent des reportages style " film

catastrophe ». Prémisse 2 : La physique est associée à des concepts trop difficiles, étayés par des

calculs mathématiques compliqués ayant tendance à inquiéter les élèves. L'élève, avant même

de commencer son apprentissage, a une méfiance, parfois même un rejet, dû à la représentation

qu'on lui a inculquée des sciences.

Prémisse 3 : Pour finir de contextualiser cette vision, je me suis aperçue que les élèves

ne pouvaient pas saisir du sens dans l'enseignement qui leur est proposé. Sens désigné par Perrenoud, qui proscrit le mot motivation souvent employé par les enseignants. Assurément,

les élèves ne voient pas l'utilité d'apprendre des concepts difficiles et ne font aucun lien avec

leur environnement.

Alors, différentes solutions sont venues à moi, à la fois de manière empirique due à mon

expérience d'enseignante et aussi après une solide réflexion pédagogique. Une première

solution pouvait se résumer dans la phrase suivante : pourquoi ne pas tenter de faire " Aimer

les Sciences »? Notons que cette expression est souvent associée à " rendre ludique » une

activité scientifique ou un cours et de fait, elle est souvent perçue de façon péjorative dans la

communauté scientifique. Mais pour le pédagogue, c'est un catalyseur, non seulement utile mais indispensable, qui stimule l'élève à mieux s'inscrire dans un raisonnement et une démarche scientifique. C'est ainsi promouvoir une image positive et inclusive des Sciences. J'ai alors déployé

une quantité importante de dispositifs, dont certains étaient proposés par le rectorat comme les

ateliers, les parcours diversifiés, les travaux croisés, devenus par la suite, itinéraires de

découverte, la création d'un établissement éco responsable. L'aboutissement fut la reconnaissance de notre établissement par le PASI 8 comme établissement innovant. Ce dernier point nous a permis de partager notre savoir-faire avec d'autres établissements de l'académie

de Lyon. J'ai construit un projet par classe, pour que chaque élève se sente motivé en arrivant

dans mon cours. Les élèves de mes classes ont participé à de nombreux concours comme les Exposciences et je me souviens du grand sourire des élèves en revenant avec leurs trophées. J'avais gagné une première bataille : celle de les rendre heureux en faisant des Sciences.

Ces années-là, j'ai été sollicitée par mes inspecteurs et le rectorat, qui m'ont confié le

poste de professeur relais 9 au centre de culture scientifique, technique et industrielle de Lyon. J'ai pu rencontrer des chercheurs dans tous les domaines et, à chaque projet pédagogique, j'ai pu construire des séquences d'enseignement dans mes classes avec un chercheur. Nous avons pu coproduire, mettre en oeuvre et évaluer conjointement toutes nos activités. Prémisse 4: C'est certainement, pendant cette période, que j'ai découvert l'importance de la recherche dans l'enseignement. La place de la recherche fondamentale en physique et chimie dans les cours est essentielle pour donner du sens à mon enseignement. Mais, dans le même temps, les recherches en Sciences de l'Éducation et en didactique, m'ont permis de mieux construire et de mieux vivre ces séquences d'enseignement. Ce besoin de toujours trouver une solution aux difficultés de mes élèves m'a

questionnée et c'est ainsi que j'ai pris conscience qu'il était nécessaire de prendre appui dans

16 ma pratique pédagogique sur une didactique enrichie, renouvelée en permanence, actualisée au

regard des travaux de recherche de ma discipline. Cette prise de conscience a fortement orienté ma pratique et donné de nouvelles dimensions à mes évolutions professionnelles récentes. Lorsque j'ai débuté ma carrière, je n'avais aucune formation de base quant à la didactique de ma discipline. J'ai compris en arrivant dans l'Académie de Lyon, que pendant dix ans, j'avais fait de la didactique sans le savoir, un peu comme M Jourdain faisait de la prose sans le savoir dans le Bourgeois Gentilhomme. La pédagogue que j'étais devenue, devait absolument s'emparer de la recherche et approfondir ses connaissances en didactique pour avancer dans son enseignement et dans la réussite de ses élèves. J'ai alors pendant vingt ans, poursuivi ma carrière en me formant et en devenant formatrice à l'IUFM. J'ai demandé ma mutation en collège REP 10 , puis au lycée, dans un lycée

qualifié de prestigieux du centre-ville, avec un public d'élèves différent du public rencontré en

collège ZEP. Parallèlement, mon travail a évolué et, d'intervenante extérieure, à quart temps

puis à temps partagé, je suis devenue depuis cinq ans, professeur à temps plein à l'ESPE.

J'ai pu ainsi vivre de très nombreuses situations qui m'ont demandé une adaptation

permanente aux élèves qui étaient dans mes classes en fonction de leur âge, de leur niveau et

de leur culture personnelle, héritée de classes sociales aux profils très différents. L'adaptation

professionnelle concerne aussi mon évolution dans les établissements aux histoires et aux

mémoires singulières et très identifiables, aux réputations solidement établies, dans un sens ou

dans un autre, allant du collège aux élèves en difficulté qu'il faut maintenir à tout prix dans un

cursus scolaire, au lycée du centre-ville attentif à ses résultats d'examens et au nombre de ses

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