Soutenance mémoire
Les enfants et le raisonnement scientifique
La culture scientifique
Beaucoup d’efforts sont faits dans chacune des provmces canadiennes afin d’améliorer les pratiques pédagogiques et développer des compétences scientifiques chez les jeunes élèves (Di Giuseppe, 2007). Ces compétences font appel à leur capacité d’analyser, de raisonner et de recourir à des stratégies efficaces dans leurs apprentissages (CMEC, 2004). En France, Charpak (1996), prix Nobel de physique en 1992, a instauré un mouvement de rénovation de l’enseignement des sciences axée sur la manipulation et l’investigation réflexive. Cette initiative nommée «La main à la pâte », inspirée de celle proposée par l’Association américaine de l’avancement des sciences (1990, 1993, 1996), s’inscrit dans la foulée des réformes de l’enseignement des sciences qui privilégient le développement de la culture et de l’esprit scientifiques.
Plus récemment, un groupe d’experts dirigé par Rocard (2007) a proposé un plan stratégique afin de renouveler l’enseignement des sciences en Europe et contrer la désaffection des élèves à l’égard de cette discipline. Une de leurs recommandations s’articule ainsi : «Renverser la pédagogie utilisée pour enseigner les sciences à l’école, en la faisant passer de méthodes essentiellement déductives à des méthodes basées sur l’investigation permet d’augmenter l’intérêt des jeunes pour les sciences»
L’investigation 6 en enseignement-apprentissage des SCIences s’inscrit dans une approche inductive qui laisse place à l’observation, à l’expérimentation 7 et à la construction par l’élève de ses propres connaissances sous la conduite du professeur.
Cette stratégie qu’est l’investigation en enseignement-apprentissage des sciences désigne un processus intentionnel de diagnostic des problèmes, de critique des expériences réalisées, de distinction entre les alternatives possibles, de planification des recherches, de recherche d’hypothèses, de recherche d’informations, de construction de modèles, de débat avec des pairs et de formulation d’arguments cohérents (Linn, Davis et Bell, 2004).
La science: une activité de pensée
La culture scientifique englobe la compréhension des phénomènes naturels et scientifiques ainsi qu’une certaine démarche de pensée qui caractérise l’activité scientifique. Ce sont les attitudes générales (mettre en doute, s’étonner, s’interroger) que l’on pense ainsi favoriser. Pour Giordan (2007), la priorité n’est plus d’enseigner les sciences pour elles-mêmes, mais au travers des sciences et des techniques, d’introduire chez l’apprenant une « disponibilité, une ouverture sur les savoirs, une curiosité d’aller vers ce qui n’est pas évident ou familier »8. S’approprier des démarches de pensée prend alors une place prépondérante. Charpak, Léna et Quéré (2005) mentionnent que « la science nous apprend à penser bien autant qu’à connaître» (p. 43). Charpac (1996) valorise le rôle du raisonnement en sciences: « Le raisonnement scientifique offre un puissant moyen d’accroître les capacités de réflexion, d’argumentation et de jugement des enfants» Ainsi, le raisonnement joue un rôle crucial dans le changement conceptuel en sciences puisqu’il mobilise un ensemble complexe d’habiletés cognitives et métacognitives telles que l’inférence, la formulation d’hypothèses, l’évaluation de l’évidence et l’autocontrôle des stratégies cognitives (Kuhn, Amsel et O’Loughlin, 1988). Le développement et la consolidation de telles habiletés requièrent une quantité considérable d’exercices et de pratiques (Zimmerman, 2007).
Les compétences scientifiques forment la pierre angulaire de la formation de l’esprit scientifique et leur développement préoccupe plusieurs chercheurs qui œuvrent dans différents domaines tels que la didactique des sciences, la psychologie et la philosophie. Les travaux de Piaget et de ses successeurs au sujet du développement de la pensée chez l’enfant, les réflexions épistémologiques de Bachelard et les recherches actuelles en psychologie cognitive et en neurosciences sont des exemples qui démontrent la pérennité de l’étude de la cognition en apprentissage des sciences. Le déploiement de telles initiatives justifie l’importance de faire la lumière sur l’activité de pensée en apprentissage des sciences et ce, principalement chez les enfants.
Les enfants et la science
L’importance d’initier les élèves à la pensée scientifique dès leur jeune âge a été discutée par de nombreux chercheurs. Quéré (1999) affirme que « l’objectif assigné à l’école primaire est d’ouvrir les enfants aux réalités du monde, de les habituer à raisonner et d’affermir ainsi leur esprit» (p.27). Genzling (1996) assure qu’il est important d’enseigner les sciences (physiques) à l’élémentaire pour plusieurs raisons: [ … ] pour répondre aux questions spontanées des élèves, pour favoriser l’acquisition d’attitudes critiques (accepter de mettre en doute ses affirmations et celles des autres, accepter les confrontations de points de vue, affirmer ou contredire avec des arguments), pour favoriser le développement de l’enfant et ses progrès sur le plan de la pensée, pour développer des compétences de représentation et de symbolisation et des conduites opératoires, et pour éviter de laisser s’installer des représentations (ou conceptions) difficiles à modifier plus tard.
Ce dernier point qu’est la persistance des conceptions dites « erronées9 » a initié les études sur le changement conceptuel chez plusieurs chercheurs (But Y et Cornuéjols, 2002; diSessa, 1988; Giordan, 2002; Posner, Strike, Hewson et Gertzog, 1982; Strike et Posner, 1992; Vosniadou, 2008). Ainsi, malgré les efforts faits pour améliorer l’éducation scientifique et développer les compétences scientifiques, plusieurs auteurs ont relevé la manifestation de certaines difficultés chez les jeunes élèves.
Selon Vosniadou (2008), « les jeunes élèves manifestent un manque de pensée critique, une fragmentation des connaissances et des conceptions erronées persistantes » (p. 4). Chi (2005) a constaté que des élèves de niveau secondaire possèdent encore des croyances robustes et consistantes. De plus, malgré l’enseignement scientifique, les élèves conservent leurs conceptions initiales et les associent parfois aux nouvelles informations reçues pour former un modèle mental
synthétique (Vosniadou, 2007a). Les idées initiales, qu’elles soient fausses ou élaborées, sont stables, robustes et résistantes à l’instruction puisqu’elles sont ancrées dans une expérience quotidienne construite au fil des ans.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 PROBLÉMATIQUE
1.1 La culture scientifique
1.2 La science : une activité de pensée
1.2.1 Les enfants et la science
1.2.2 Les enfants et le raisonnement scientifique
1.2.3 Une stratégie cognitive féconde : le raisonnement analogique
1.3 Le changement conceptuel
1.3.1 Le modèle de Pintrich
1.3.2 L’engagement cognitif, l’affect et les croyances épistémiques
1.4 Le contexte didactique
1.4.1 La cognition distribuée
1.4.2 L’exploration scientifique
1.4.3 La flottaison
1.5 Conclusion
Questions de recherche
CHAPITRE II CADRE THÉORIQUE ET CONCEPTUEL
2.1 La cognition distribuée
2.2 Le changement conceptuel intentionneL
2.2.1 L’intentionnalité
2.2.2 De la théorie de l’esprit à l’épistémologie personnelle
2.2.3 Les croyances épistémiques
2.2.4 Les émotions cognitives
2.3 Le raisonnement
2.3.1 La logique mentale: défmition et limites
2.3.2 Le point de vue psychologique
2.3.3 Le polymorphisme du raisonnement
2.3.4 Le raisonnement analogique
2.4 Conclusion
CHAPITRE III Méthodologie
3.1 L’orientation épistémologique de la recherche
3.2 La cognition distribuée
3.3 L’observation
3.4 Le changement conceptuel
3.5 Les croyances épistémiques ou l’épistémologie personnelle
3.5.1 Le questionnaire
3.5.2 L’entrevue
3.5.3 La méthode de la réflexion parlée (think-aloud)
3.5.4 La stratégie multirnéthodologique
3.6 Le raisonnement analogique
3.6.1 La catégorisation des analogies
3.7 L’opérationnalisation et l’instrumentation de la méthodologie retenue
3.7.1 L’échantillonnage
3.7.2 La séquence d’enseignement-apprentissage
3.7.3 Le questionnaire sur l’épistémologie personnelle
3.7.4 Les observations enregistrées et filmées
3.7.5 Le carnet de sciences
3.7.6 Les entretiens individuels
3.8 L’analyse des données
3.8.1 L’analyse des résultats du questionnaire
3.8.2 Les dessins du test Dessine-moi un scientifique
3.8.3 L’analyse de contenu
3.9 Conclusion
CHAPITRE IV ANALYSE DES DONNÉES
4.1 L’épistémologie personnelle
4.1.1 Le questionnaire sur les croyances épistémiques
4.1.2 Les dessins du scientifique
4.2 Le raisonnement analogique
4.2.1 Les réponses des carnets scientifiques
4.2.2 Les raisonnements et le changement conceptueL
4.3 Les corrélations entre l’épistémologie personnelle et les types de raisonnement
4.4 Les données complémentaires
4.4.1 Les entretiens individuels
4.4.2 Les séquences vidéo
4.5 Conclusion
CHAPITRE V DISCUSSION
5.1 Les questions de recherche
5.1.1 La première question de recherche
5.1.2 La deuxième question de recherche
5.1.3 La troisième question de recherche
5.2 L’épistémologie personnelle
5.3 Le changement conceptuel
5.4 Le raisonnement
5.5 La flottaison
CONCLUSION
APPENDICE A
QUESTIONNAIRE SUR LES CROYANCES ÉPISTÉMIQUES (traduit et adapté de Conley et al., 2004)
APPENDICE B
Consignes pour la passation du questionnaire individuel sur les croyances
épistémiques destiné aux élèves de 2e et de 3e cycles du primaire
APPENDICE C
Canevas pour l’entretien individuel
APPENDICE D
Certificat d’éthique de la recherche
RÉFÉRENCES
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