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THÈSE DE DOCTORAT EN COTUTELLE INTERNATIONALE DE

L'UNIVERSITÉ DE BRETAGNE OCCIDENTALE

COMUE UNIVERSITÉ BRETAGNE LOIRE

Pour l'obtention du grade de Docteur de l'Université de Bretagne Occidentale

ÉCOLE DOCTORALE N° 603

Éducation, Langages, Interaction, Cognition, Clinique

Spécialité : Didactique des sciences

L'UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE

Pour l'obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph. D.) de l'Université de Sherbrooke

Spécialité : Éducation

Par

Séverine PERRON

Étude de l'articulation des démarches d'investigation scientifique avec les autres savoirs composant la structure disciplinaire " Cas d'enseignants de sciences de la vie et de la Terre exerçant en collège français » Thèse présentée et soutenue, le 21 novembre 2018

Unités de recherche : Centre de Recherche sur l'Education, les Apprentissages et la Didactique (CREAD)

et Centre de Recherche sur l'Enseignement et l'Apprentissage des Sciences (CREAS)

Rapporteurs avant soutenance :

Corinne MARLOT

Professeure ordinaire-Haute Ecole Pédagogique de Vaud, Suisse

Fatima BOUSADRA

Professeure adjointe-Université de Sherbrooke, Canada (QC)

Composition du Jury :

Fatima BOUSADRA

Professeure adjointe-Université de Sherbrooke, Canada (QC)

Corinne MARLOT

Professeure ordinaire-Haute Ecole Pédagogique de Vaud, Suisse

Patricia MARZIN

Professeure des universités-Université de Bretagne Occidentale

Présidente du Jury

Jean-Marie BOILEVIN

Professeur des universités-Université de Bretagne Occidentale

Directeur de thèse

Abdelkrim HASNI

Professeur titulaire-Université de Sherbrooke, Canada (QC)

Directeur de thèse

2 3 Je dédie cette thèse à Jean-Baptiste, mon mari, qui, de façon inconditionnelle, m'a toujours soutenue, encouragée et accompagnée tout au long de ce projet. Son amour, sa confiance et ses encouragements, malgré les aléas de la vie, m'ont permis de ne jamais désespérer ni douter.

Tout simplement, merci...

4 5

REMERCIEMENTS

Rédiger les remerciements d'une thèse est l'occasion de prendre conscience de ce que le travail achevé doit aux autres. Je souhaite souligner l'accompagnement, les collaborations, les aides et les soutiens dont j'ai pu bénéficier au cours de ces quatre années consacrées à ce travail de recherche doctorale. J'adresse toute ma gratitude aux personnes qui, de près ou de loin, ont été impliquées dans ce travail.

Je souhaite très sincèrement remercier :

Monsieur Jean-Marie Boilevin, mon directeur de thèse, professeur des universités, co-directeur du centre de recherche sur l'éducation, les apprentissages et la didactique (CREAD), Université de Bretagne Occidentale, France, pour ses apports et sa rigueur scientifique, ses conseils éclairés, la précision de son analyse, ainsi que sa confiance, son soutien et sa patience sans faille pendant toute la durée de ce travail. Monsieur Abdelkrim Hasni, mon directeur de thèse, professeur titulaire à la Faculté d'éducation, centre de recherches sur l'enseignement et l'apprentissage des sciences (CREAS) à l'Université de Sherbrooke, vice-doyen à la recherche et aux études supérieures en recherches, pour m'avoir fait confiance, pour m'avoir accueillie au CREAS dans des conditions matérielles exceptionnelles, ainsi que pour sa grande disponibilité et la qualité de ses enseignements, exigeants, sincères et engagés. Madame Corinne Marlot, rapporteure, professeure HEP Didactique des sciences - didactique comparée, Madame Patricia Marzin, rapporteure, professeur des universités, Université de Bretagne Occidentale, centre de recherche sur l'éducation, les apprentissages et la didactique (CREAD), et Madame Fatima Bousadra, examinatrice, professeure adjointe au Département de pédagogie à la Faculté d'éducation, Université de Sherbrooke, qui m'ont fait l'honneur de participer

à l'évaluation de cette thèse.

6 Madame Johanne Lebrun, professeure titulaire à la Faculté d'éducation, Université de Sherbrooke, Madame Fatima Bousadra, professeure adjointe au Département de pédagogie de la Faculté d'éducation, Université de Sherbrooke, Madame Sabrina Moisan, professeure au Département de pédagogie de la Faculté d'éducation, Université de Sherbrooke et Monsieur Yves Lenoir, professeur titulaire au Département d'enseignement au préscolaire et primaire de la Faculté d'éducation, Université de Sherbrooke, pour leurs remarques et commentaires pertinents émis lors des différents séminaires étudiants du CREAS, ainsi que pour leur accompagnement dans l'avancement de ma réflexion sur la complexité et la rigueur d'un travail de recherche. L'équipe du CREAD, notamment mes amis doctorants et jeunes chercheurs, pour leur soutien et leurs conseils lors d'échanges fructueux tant au niveau théorique que méthodologique. L'équipe du CREAS, en particulier mes collègues et amis Vincent Belletête, Danielle Boucher, Ariane Éthier, Ahmed Benabdallah et Saifallah Jerbi, pour leur brillante approche de la recherche et les apports parfois informels mais toujours décisifs sur la problématisation, sur les concepts de la didactique des sciences et sur la méthodologie de recherche. Les Inspecteurs Pédagogiques Régionaux de l'Éducation nationale et les enseignants qui m'ont autorisée, accueillie et permis de réaliser ma collecte de données dans d'excellentes conditions. Ma famille, et tout particulièrement Hélène, pour avoir relu attentivement mon travail tout au long de ces quatre années. 7 Étude de l'articulation des démarches d'investigation scientifique avec les autres savoirs composant la structure disciplinaire Cas d'enseignants de sciences de la vie et de la Terre exerçant dans un collège de France métropolitaine

Séverine Perron

Résumé

Les démarches scientifiques sont présentes à la fois dans les textes institutionnels et dans la documentation scientifique. Dans cette recherche, nous étudions la manière avec laquelle des enseignants français articulent les démarches d'investigation scientifique (DIS) avec les autres savoirs en sciences de la vie et de la Terre (SVT). Notre travail repose sur trois construits : les démarches d'investigation scientifique, les savoirs disciplinaires et les pratiques d'enseignement. La méthodologie s'appuie sur une recherche mixte de type séquentiel explicatif et de nature descriptive. Trois types d'instrumentation sont mis en oeuvre pour recueillir les données : un questionnaire, des entrevues semi-dirigées et des observations de séances de classe. Les données issues des questions fermées du questionnaire sont analysées suivant une approche lexicale à l'aide du logiciel SPSS®. Les données provenant des entrevues et des observations sont analysées selon une approche thématique en utilisant une grille construite a priori. Et enfin, les données issues des questions ouvertes du questionnaire sont analysées suivant une double approche lexicale et thématique. Nous identifions à travers ce travail de recherche une absence de savoir conceptuel lors de mises en oeuvre de DIS en classe. Les enseignants ne souhaitent pas nécessairement que leurs élèves acquièrent ou mobilisent des savoirs conceptuels. Les habiletés ou les attitudes souvent en lien avec les DIS sont priorisées. Finalement, certains enseignants pourraient, par manque de connaissances épistémologiques en lien avec la construction des savoirs en SVT, ignorer que l'objectif des DIS est la reconstruction de savoirs conceptuels et, à ce titre, considérer les DIS comme une façon de raisonner, comme des habiletés, voire même des habiletés pluridisciplinaires (anglais, français, etc.). Mots-clés : démarches d'investigation scientifique, savoirs disciplinaires, pratiques d'enseignement, enseignement des sciences 8 9 Study of the articulation of scientific inquiry with the other knowledge components of the disciplinary structure Case of life and Earth sciences teachers practicing in a College of

Metropolitan France

Séverine Perron

Summary

Scientific inquiry are present both in institutional texts and in scientific literature. In this research, we study how French teachers articulate the processes of scientific inquiry (DIS) with other knowledge in the sciences of life and the Earth (SVT). Our work is based on three constructs : investigation procedures, disciplinary knowledge and teaching practices. The methodology is based on a mixed research of explanatory sequential type and descriptive nature. Three types of instrumentation are used to collect the data : a questionnaire, semi-directed interviews and observations of class sessions. Data from closed and open questionnaire questions are analyzed using a lexical approach using SPSS® and IRaMuTeQ software. Data from interviews and observations are analyzed using a thematic approach using a grid constructed a priori. We identify through this research work a disappearance of conceptual knowledge during implementation of DIS in the classroom. Teachers do not necessarily want their students to acquire or mobilize conceptual knowledge. The skills or attitudes often associated with DIS are prioritized. Finally, some teachers may, for lack of epistemological knowledge related to the construction of knowledge in SVT, ignore that the objective of the DIS would be the reconstruction of conceptual knowledge and as such consider the DIS as a way of reasoning, such as skills or even multidisciplinary skills (English,

French, etc.).

Keywords : scientific inquiry, disciplinary knowledge, teaching practices, science teaching 10 11

TABLE DES MATIÈRES

REMERCIEMENTS ............................................................................................. 5

INTRODUCTION ............................................................................................... 27

PREMIER CHAPITRE

LA PROBLEMATIQUE ..................................................................................... 33

1.L'EDUCATION SCIENTIFIQUE ET TECHNOLOGIQUE ....................................... 34

1.1Les enjeux .......................................................................................... 34

1.2La place des démarches d'investigation scientifique dans l'éducation scientifique et technologique ............................................................. 36

2.L'ENSEIGNEMENT DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE AU SECONDAIRE

INFERIEUR DANS LES CURRICULA FRANÇAIS ................................................ 38

2.1Le socle commun de connaissances, de compétences et de culture .. 38

2.2De multiples savoirs à enseigner ........................................................ 41

2.3De " la démarche d'investigation » aux " démarches scientifiques » ... ............................................................................................................ 43

2.3.1Des démarches comme moyen et objet d'enseignement-apprentissage .............................................................................. 43

2.3.2La place de l'enseignant et des élèves ....................................... 46

3.LES DEMARCHES D'INVESTIGATION SCIENTIFIQUE DANS LA DOCUMENTATION

SCIENTIFIQUE .............................................................................................. 48

3.1La méthode de recension utilisée ....................................................... 48

3.2L'apport des textes consultés ............................................................. 49

3.2.1Une variété de travaux de recherche .......................................... 49

3.2.2Une mise en oeuvre variée des démarches d'investigation scientifique ................................................................................. 50

3.2.3Des effets nuancés des démarches d'investigation scientifique sur l'apprentissage des élèves .................................................... 55

4.LE PROBLEME DE L'ARTICULATION ENTRE LES DEMARCHES

D'INVESTIGATION SCIENTIFIQUE ET LES AUTRES SAVOIRS EN SCIENCES ET

TECHNOLOGIE ............................................................................................. 60

DEUXIEME CHAPITRE

LE CADRE DE REFERENCE ........................................................................... 63

1.UNE ETUDE SOUS L'ANGLE DES PRATIQUES D'ENSEIGNEMENT .................... 64

1.1Une variété de termes et de définitions .............................................. 64

1.2Différentes approches pour rendre intelligible le travail des enseignants ......................................................................................... 67

12

1.2.1Les pratiques d'enseignement dans leur multidimensionnalité . 68

1.2.2Des pratiques d'enseignement en lien avec les savoirs scientifiques ou mathématiques ................................................. 69

1.3Les pratiques d'enseignement retenues pour notre étude et le concept d'intervention éducative ..................................................................... 72

1.3.1Une action finalisée .................................................................... 75

1.3.2Une action médiatrice ................................................................ 75

1.3.3Une action qui recourt à des dispositifs de formation ................ 78

1.3.4Une action qui se déploie suivant trois domaines ...................... 81

2.LES SAVOIRS EN SCIENCES ET TECHNOLOGIE : DEFINITIONS ET

CARACTERISTIQUES ..................................................................................... 82

2.1Les savoirs conceptuels ...................................................................... 84

2.1.1Les modèles ............................................................................... 85

2.1.2Les concepts ............................................................................... 87

2.1.3Les théories ................................................................................ 92

2.2Les savoir-faire .................................................................................. 94

2.3Les savoirs retenus pour notre étude .................................................. 95

3.LES DEMARCHES D'INVESTIGATION SCIENTIFIQUE : FONDEMENTS ET

CARACTERISTIQUES ..................................................................................... 96

3.1Des démarches dans les pratiques scientifiques aux démarches d'investigation scientifique à l'école ................................................. 97

3.1.1Du problème en sciences au problème en classe ....................... 98

3.1.2Des démarches en sciences à la démarche hypothético-déductive en classe ................................................................................... 103

3.1.3De la construction de l'objet en sciences à la reconstruction du savoir en classe ........................................................................ 107

3.2Une variété de définitions pour évoquer les démarches d'investigation scientifique en classe ............................................... 115

3.3Place de l'élève et de l'enseignant au sein des démarches d'investigation scientifique .............................................................. 118

3.4Les démarches d'investigation scientifique retenues pour l'analyse des pratiques d'enseignement .......................................................... 121

4.L'ARTICULATION DU CADRE DE REFERENCE ET LES OBJECTIFS SPECIFIQUES

DE RECHERCHE .......................................................................................... 122

TROISIEME CHAPITRE

LA METHODE DE RECHERCHE ................................................................. 127

1.LE PROTOCOLE DE RECHERCHE ................................................................. 127

1.1Une clarification des objectifs de la recherche ................................ 127

1.2Une recherche de type descriptif ...................................................... 129

1.3Une recherche de nature mixte séquentielle explicative .................. 130

1.3.1Une recherche de nature mixte ................................................ 131

1.3.2Une recherche de type séquentiel explicatif ............................ 132

2.LA METHODE D'ECHANTILLONNAGE ET L'ECHANTILLON .......................... 134

13

2.1La population de référence ............................................................... 134

2.2Une méthode d'échantillonnage non probabiliste ............................ 135

2.3L'échantillon .................................................................................... 136

3.LA METHODE DE COLLECTE DE DONNEES .................................................. 138

3.1Le questionnaire ............................................................................... 140

3.1.1L'élaboration du questionnaire ................................................ 140

3.1.1.1Le concept de savoirs disciplinaires .................................... 140

3.1.1.2La formulation des questions et des réponses ...................... 144

3.1.1.3L'organisation du questionnaire .......................................... 147

3.1.2La diffusion du questionnaire .................................................. 148

3.1.3La validation du questionnaire ................................................. 150

3.2Les entrevues individuelles semi-dirigées ....................................... 152

3.2.1Le guide d'entrevue ................................................................. 153

3.2.1.1Les concepts de savoirs disciplinaires et de dispositifs ....... 154

3.2.1.2L'élaboration des questions ................................................. 157

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