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Les démarches d'investigation chez les enseignants de mathématiques et sciences expérimentales

Représentations des enseignants de mathématiques et de sciences expérimentales concernant des termes (ou concepts) relatifs aux démarches d’investigation : expliciter pour mieux interagir


Réjane Monod-Ansaldi, Jacques Vince, Michèle Prieur, Valérie Fontanieu

Des représentations épistémologiques contrastées entre les mathématiques et les sciences expérimentales

Notre étude montre que les postures épistémologiques des enseignants de mathématiques et de sciences expérimentales sont assez divergentes. Les premiers réfèrent majoritairement à des savoirs démontrés formellement ayant un caractère modélisant, mais également une portée universelle et une valeur de certitude. Les seconds considèrent plutôt les savoirs de leurs disciplines comme des modèles du réel, évolutifs, issus d’une construction collective, et sans doute moins définitifs. 

 

Des consensus apparents concernant des concepts méthodologiques des démarches d’investigation

Si les représentations des concepts épistémologiques associés aux démarches d’investigation (problème, hypothèse, expérience et modèle) manifestent une certaine cohérence entre les disciplines, probablement en relation avec les instructions officielles, des spécificités disciplinaires se dégagent également des réponses. 

Problème

Une représentation consensuelle se dégage : le problème est à l’origine d’une démarche de résolution, il peut être résolu de différentes façons, les élèves doivent être impliqués dans sa formulation ou reformulation.  Des différences s’expriment cependant entre les disciplines. Des définitions du problème plus éloignée des démarches d’investigation comme : « un exercice permettant de réinvestir des connaissances » et « une succession de questions articulées entre elles », sont un peu plus spécifiquement retenues en mathématiques. Alors que les 2/3 des répondants de mathématiques pensent que le problème « nécessite des acquis antérieurs », pour 83% (SPC) et 95% (SVT) la formulation du problème s’appuie sur l’observation.
   

Hypothèse

Pour une majorité des répondants,  la formulation d’une hypothèse s’appuie sur une observation du réel,  sur des connaissances préalables, sur  la prise en compte des représentations initiales des élèves ; elle implique des conséquences vérifiables ; elle mobilise créativité et invention mais également rigueur et logique.
Une analyse multidimensionnelle des réponses aux questions en relation avec l’hypothèse révèle toutefois 4 classes fortement liées aux disciplines. Les répondants de SVT inscrivent plus spécifiquement l’hypothèse dans une démarche hypothético-déductive rigoureuse, alors que ceux de SPC la mobilisent dans une démarche inductive moins contrainte, ayant pour objectif de motiver les élèves. Pour les répondants de mathématiques, la formulation de conjecture est reconnue comme audacieuse, elle s’appuie sur les connaissances des élèves à partir d’un tâtonnement exploratoire.

Expérience

Les éléments de consensus autour du concept d’expérience concernent sa fonction de mise à l’épreuve.  Pour les répondants de mathématiques, l’expérience s’inscrit comme activité exploratoire visant à dégager des conjectures. Les répondants de SPC sont attachés à un ancrage dans le réel matériel par des activités manipulatoires et d’observation tandis que les répondants de SVT privilégient une méthode scientifique normée articulant l’expérience à l’hypothèse.

Modèle

 « Représenter », « expliquer » et « comprendre », sont des fonctions du modèle retenues par une forte proportion des répondants des différentes disciplines. D’autres fonctions sont privilégiées par certaines disciplines, telles que « servir de référence » en mathématiques, « interpréter » en SPC et « permettre des analogies » en SVT. Concernant la forme des modèles, si le « schéma » est retenu par les trois disciplines, les réponses des enseignants de SPC s’approchent plus de celles des répondants de mathématiques qui retiennent « formule mathématique » et « construction mentale » que de celles des professeurs de SVT préférant « maquettes », « simulation » et « animation ».

Pistes de réflexion

Comment expliquer les spécificités des postures épistémologiques des enseignants de mathématiques et de sciences expérimentales ? Comment expliquer les spécificités des représentations des concepts épistémologiques des démarches scientifiques ? Quelles sont les relations entre ces différentes représentations et les spécificités épistémologiques des disciplines de référence, les coutumes d’enseignement de chaque discipline ou encore la formation des enseignants ?
L’explicitation par chacun de sa vision de la science, des savoirs de sa discipline et des démarches paraît nécessaire pour dépasser les implicites de chaque discipline. Le travail co-disciplinaire, aboutissant à la co-construction de sens à propos d'un même objet d'étude qui respecte et articule les positions épistémologiques de chacune des disciplines est peut-être une voie dans ce sens. Une confrontation des représentations des enseignants, pour mieux appréhender la polysémie des termes couramment usités dans le cadre des DI et pour mieux identifier les concepts qu’ils recouvrent dans chacune des disciplines parait être une piste intéressante. Des ressources et des formations à destination des enseignants prenant en charge ces questions pourraient être envisagées dans le but de minimiser les risques de quiproquo dans la collaboration entre enseignants et avec les élèves et pour outiller la mise en œuvre de DI donnant véritablement du sens à chacune des disciplines.

Cette étude a fait l’objet d’une communication au Journée mathématiques EducTice des 15 et 16 juin 2011 à Lyon :
Monod-Ansaldi, R., Vince, J., Prieur, M., Fontanieu, V. (2011) Représentations des enseignants de mathématiques et de sciences expérimentales concernant des termes (ou concepts) relatifs aux démarches d’investigation : expliciter pour mieux interagir. Journées mathématiques EducTice, 15 et 16 juin 2011, Lyon.

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