Quelques clés pour la didactique des sciences
Ces termes, sans être des définitions, abordent certains points importants en didactique des sciences, ou plus globalement, concernant l’apprentissage. On trouvera donc ici quelques mots-clés, relevant directement du champ scientifique, ou plus généraux mais ayant une importance dans les situations d’apprentissage en sciences.
Conception (ou
représentation)
Système plus ou moins spontané, cohérent et conscient d’explication du monde et des phénomènes s’y déroulant
Les conceptions peuvent s’exprimer et fonctionner à l’occasion de questionnaires écrits ou oraux proposés par l’enseignant, d’argumentation mutuelle des élèves, d’observation ou d’expérimentations.
Un conflit cognitif (décalage ou contradiction entre une conception et une observation expérimentale), ou socio-cognitif (confrontation entre différentes conceptions d’élèves) est l’occasion d’une remise en question et d’une évolution des conceptions.
Dans l’idéal, un enseignement scientifique transforme des conceptions floues ou incorrectes en observations, explications ou modèles structurés et opérationnels (c’est à dire qui peuvent fonctionner et dont on connaît les limites de validité).
Ex
1 Passer de « la
laine chauffe »
…à… : « les
échanges de
chaleur sont ralentis avec un isolant thermique» .
Ex 2 Passer de : «un objet petit flotte»…à…« c’est la nature de la substance qui fait qu’un objet flotte».
Didactique et
termes associés 
La didactique des sciences envisage les problèmes ou les spécificités de l’enseignement des sciences. Epistémologie : envisage les aspects philosophiques et historiques liés à la constitution et au fonctionnement des sciences. Pédagogie : concerne les relations maître-élèves, les stratégies d’apprentissage etc…
Pratique sociale de référence : les activités vécues en classe ont leur pendant dans la réalité. Une démarche expérimentale renvoie à une pratique de chercheur en laboratoire, la conception d’un objet technique à celle d’un bureau d’étude, la fabrication à une production industrielle … Mais leurs finalités sont foncièrement différentes, les activités de classe étant avant tout des moments d’apprentissage et de développement de l’enfant, assistés par un enseignant.
Transposition didactique : passage du savoir « savant » au savoir à enseigner. Les programmes officiels , les manuels scolaires en sont la matérialisation.
On fait appel en sciences à différents types d’écrits. Voir document complémentaire « Les images en sciences ».
Il peut y avoir production d’écrit, à plusieurs moments :
Avant une activité : prévisions, explicitation de conceptions, questions à résoudre, planification de taches…Statut d’anticipation.
Pendant l’activité : relevés d’observation, questions supplémentaires, résultats ou conclusions provisoires…Statut de confrontation et d’échange.
Après l’activité : mise en forme et élaboration d’un résultat ou conclusion qui ont été collectivement discutés. Statut de structuration et de mémorisation (en tant que tel doit pouvoir être réutilisé et relu, et non simplement archivé…) ou de communication (à une autre classe, par exemple…)
En maternelle, la dictée à l’adulte ou la réalisation de dessins, de schémas, un travail sur des codages, sont envisageables.
Il peut y avoir aussi lecture d’écrit, à partir de documentaires ou livres d’activités scientifiques, ou d’une production d’une autre classe…
Ce que l’on peut appeler aussi institutionnalisation, c’est à dire ce sur quoi l’ensemble de la classe (maître y compris) s’est mis d’accord pour fixer des savoirs :
Une synthèse ( aide et non apport exclusif du maître), éventuellement appuyée par des confrontations avec des manuels scolaires ou documentaires permet de faire le point. Une trace écrite, individuelle ou collective, immédiate ou différée en est la matérialisation.
Une métacognition est un retour réflexif sur ce qui a été fait, dégagé, compris.
L’induction part d’une série limitée d’observations ou de mesures pour dégager une loi plus générale : Par exemple après avoir réalisé quelques conditions particulières d’équilibrage, on induit que « l’objet le plus lourd est toujours plus près de l’axe de rotation que l’objet léger ». Ouverture et audace de la pensée sont inhérentes à l’induction.
La déduction est l’opération inverse ; « l’aimant attire le fer, le clou est en fer, donc l’aimant attire le clou ». Cette opération relève d’une attitude de logique.
La « certitude » de ces deux opérations intellectuelles ( toutes les deux utiles) est de nature différente : Les sciences expérimentales se sont construites essentiellement par induction. Les lois sur le mouvement par exemple, et par extension sur la gravitation, n’ont été élaborées que par l’examen et l’analyse de quelques cas particuliers. Leur validité est néanmoins supposée générale ( du moins tant que n’apparaît pas un autre modèle ou un test de réfutation.). Il en est de même pour les conclusions dégagées à l’issue d’activités de classe.
Cause-effet, causalité :
Déterminer la cause d’un effet relève de l’induction ( c’est le poids et la distance de l’objet à l’axe qui jouent un rôle dans un équilibre... ), prévoir un effet si on connaît la cause relève d’une déduction (l’objet est plus lourd donc la balance penchera…)
En sciences, un modèle est une construction de l’esprit à partir d’objets ou d’images qui se substitue au réel (souvent trop complexe ou échappant à une vision directe). Un modèle permet d’expliquer et/ou de prédire des phénomènes. En astronomie, une maquette Terre-Soleil-Lune en est un exemple fécond. L’interprétation de la conservation d’un solide dissous « en petits grains » ou bien la schématisation sous forme de tracé d’un courant électrique dans un fil sont d’autres exemples de construction et d’utilisation par l’enfant de modèles.
Comment traduire le savoir acquis ? par quels termes ?
Le niveau de formulation correspond au langage exprimé : exemple : « l’eau et l’alcool se mélangent ou l’eau et l’alcool sont deux liquides miscibles » sont deux formulations différentes pour le même phénomène observé.
Le niveau de conceptualisation est relié à la description ou la compréhension de plus en plus affinée ou structurée d’un phénomène (ce qui correspond à un apprentissage de type spiralaire)
Par exemple : « le fer colle à l’aimant/l’aimant attire le fer/il y a interaction fer-aimant » sont , au delà des différences de vocabulaire, trois descriptions du magnétisme qui conduisent de la simple idée de contact à l’idée d’action mutuelle métal-aimant (du cycle I au cycle III)
Objectifs 
L’enseignement des sciences à l’école permet de travailler de façon étroitement dépendante trois catégories d’objectifs
Des objectifs de savoirs (connaissances)
On peut nuancer entre savoirs factuels (ex : l’eau se transforme en solide à 0° C, la Lune tourne autour de la Terre) et notionnels, plus généraux et de portée plus grande (ex la matière existe sous 3 états, c’est la rotation de la Terre qui induit les mouvements observés du Soleil), ou même conceptuels, c’est à dire structurants ( il y a différentes formes d’énergie qui peuvent se transformer mutuellement, la masse se conserve dans des changements d’états, distinction entre objet et matière…).
Des objectifs de savoir faire ( méthodologie)
Décrire une observation, schématiser une expérience, classer, mesurer, valider ou invalider une supposition, etc… Ces aspects transversaux sont bien sur indissociables de connaissances qu’elles permettent de dégager ; les IO traduisent ce lien en compétences disciplinaires ( être capable de …), selon les cycles.
Des objectifs de savoir-être (attitudes) : collaborer, être autonome, remettre en question sa pensée, s’organiser… Par le type de travail qu’elles amènent dans la classe (travail de groupe), les activités scientifiques sont un moteur pour la mise en place et le développement de ces attitudes.
Dans un autre registre, on parle d’objectif-obstacle, c’est à dire lié au franchissement par une activité de classe, d’une conception posant problème et qu’il s’agit de dépasser ( ex : en maternelle, après observation ou écoute des élèves, le maître peut envisager comme objectif d’une séance expérimentale : « ce qui est gros ne flotte pas nécessairement, ce qui est petit ne coule pas nécessairement ».
Traduit l’aspect purement observable, le constat des choses qui se déroulent sous nos yeux (ex la formation de buée sur un corps froid, l’observation commune du déplacement du Soleil, la position d’une ombre…)
A l’école l’oralisation, l’observation précise, la description écrite sont des phases préliminaires importantes et qui sont un passage obligé. Une phase suivante sera la mise en place d’un questionnement permettant de tester ces phénomènes, de voir dans quelles conditions ils se produisent, de voir leur limite de validité, afin de construire des savoirs plus généraux et aboutissant à des premiers modèles explicatifs simples, qui en seront des interprétations.
Un questionnement du monde est la base des activités scientifiques : la formulation d’une question explicite et qui peut être soumise à l’épreuve d’une expérimentation ou d’activités documentaires. Une démarche d’investigation expérimentale ou documentaire permet de donner des éléments de réponse à ce questionnement. Voir aussi document « Démarche possible d’enseignement en sciences ».