Brouillon conceptions

Les conceptions des élèves

Les travaux de recherche didactique des sciences et des mathématiques ont amplement montré ces dernières années que certaines réponses données par des élèves à des problèmes d'ordre scientifique pouvaient se révéler fort éloignées des modèles canoniques correspondants. Le modèle scientifique ne se situe que rarement dans le prolongement du " sens commun ". Cette solution de continuité indique déjà une difficulté didactique majeure, laquelle s'accentue encore si l'on tient compte du fait que souvent se sont les conceptions et modes de raisonnement liés au " sens commun " qui se révèlent bien plus enracinés que ceux produits par un enseignement scientifique, fut-il même de longue durée.

Température de deux corps différents placés dans les mêmes conditions

Soit un vêtement de laine et un gobelet de métal placés dans la même pièce depuis plusieurs heures, quel est celui qui présente la température la plus élevée ?

La réponse majoritairement recueillie cite la laine comme étant plus chaude.

Cette réponse est fausse, suivant le second principe de thermodynamie (principe de l'équivalence, de l'équilibre), les deux corps sont à la même température (température ambiante).

Cette réponse s'enracine dans la sensation de froid que procure le toucher du métal, sensation générée par le fait que le métal est conducteur et qu'il capte de la chaleur à celui qui le touche pour la dissiper dans le milieu, alors que la laine est neutre du point de vue conduction.

Ce mode de raisonnement est répandue dans toutes les classes d'âge, bien que contraire aux lois physiques.

Caractéristiques des conceptions

La terminologie concernant les conceptions d'élèves varie beaucoup selon les auteurs : on trouve dans la littérature les expressions de raisonnement naturel, raisonnement implicite, modèles implicites, cadres de références alternatifs, préconception, représentation, schèmes cognitifs, etc. Bien que ces différences terminologie ne soient pas gratuites, nous laisserons de côté ces différentes approches et utiliserons le terme plus neutre de " conceptions ", comme cela a tendance à se généraliser.

Conception, manière particulière de se représenter, d'envisager quelque chose ; idée, opinion, s'oppose à perception, action, fait de percevoir par les sens, par l'esprit.

Exemple : rendre compte des propriétés d'élasticité et de couleur d'un pneu

L'immense majorité des réponses se réfère au niveau atomique, le microscopique expliquant le macroscopique.

La réponse est vraie en ce qui concerne la propriété d'élasticité, au niveau moléculaire, le caoutchouc se présente sous la forme de macromolécules linéaires alignées, alors que les plastiques durs sont constitués de molécules cycliques.

Par contre, la couleur n'est pas une propriété intrinsèque de l'atome de caoutchouc, elle est fonction de la lumière.

Pour nombre de gens, la couleur d'un objet est une donnée objective, alors que pour le physicien un objet non éclairé ne présente pas de couleur.

Exemple de typologie des conceptions : la sexualité

Contrairement aux générations précédentes, les enfants d'aujourd'hui ont, très jeune, des idées relativement précises sur la façon de fabriquer des enfants ; les interventions du père et de la mère dans la sexualité semble évidentes. Mais si on se penche de près sur ces conceptions, on constate que, même chez les adultes, la fonction de parents ne se situe pas sur le même plan. Le père joue un rôle actif : il féconde, fournit, donne, apporte, met quelque chose. Quant à la mère, elle joue essentiellement le rôle passif de couveuse ou nourricière. Elle sert de foyer, développe, construit, nourrit et mais au monde l'enfant, mais il n'est pas toujours fait référence à son apport ovulaires ; dans ce cas, la graine est déposée dans son ventre, comme on pourrait la planter dans un pot de fleurs afin de la faire germer.

Le rôle des cellules sexuelles est encore plus mal perçu. Les principales conceptions sont de type préformiste. L'enfant préexiste à l'intérieur des cellules sexuelles, principalement dans celles de l'homme. Les enfants comme les adultes accordent une place prépondérante au père qui met le germe.

Ces conceptions se retrouvent, avec des variations, dans le cas d'autres espèces animales. À propos de la fabrication du poussin, les mêmes représentations existent, mais avec des proportions quantitatives différentes ; 50 pour cent pour le préformisme mâle, 25 pour cent pour le préformisme femelle et 25 pour cent pour la conception épigénétique (mélange des deux semences), chez de jeunes enfants. Pour les préformistes femelles, le futur individu est déjà contenu, en miniature ou sous forme de trace, dans l'ovule ; il est formé, selon le cas, d'un embryon " déjà constitué, mais sans vie ", ou d'une simple ébauche, par exemple " un point blanc ou il y a le cœur ". La participation du mâle peut-être nulle ; mais elle joue parfois un rôle complémentaire dans le développement initial, par formation de vaisseaux utilisés pour la nutrition et la croissance, par structuration de l'embryon sans vie, ou même encore en " donnant les pattes ".

Pour les préformiste mâle, le rôle de la femelle est limité à celui d'un réceptacle servant de lieu de protection et de nourriture : " le sperme entre dans l'œuf, il ne lui reste plus qu'à se nourrir et à grandir. " Le poussin peut résulter du développement d'un seul gamète mâle ou de plusieurs ; dans ce dernier cas, " les spermatozoïdes s'agglomèrent, ils feront le petit ". Certains pensent même que chacun sera à l'origine d'un élément ou d'un organe spécifique.

Pour les épigénistes, le germe de l'œuf (ovule) est souvent un liquide indifférencié, qui se conserve tel quel, même à la suite du mélange avec la semences mâle. De cette masse non structurée se développent par la suite, les uns après les autres, les organes qui donneront le poussin.

Certains apprenants ne semble pas cohérent avec eux-mêmes, puisqu'ils se situent différemment suivant qu'il s'agit de l'espèce humaine ou du poussin ; ils peuvent, en effet, être préformistes dans le premier cas et épigénistes dans le second. Il est vrai que les deux types de reproduction (vivipare et ovipare) peuvent ne pas être mis sur le même plan par des non-biologistes : dans le cas de l'oviparité, la connotation femelle et plus importante, puisqu'il y a prépondérance de l'œuf que l'on connaît bien, ce qui a souvent pour conséquence de renforcer l'importance du préformisme féminin au détriment des deux autres hypothèses.

Si maintenant on se penche sur la signification que les apprenants donnent au mot " fécondation ", on constate que ce terme est porteur de différents sens, dont certains sont parfois contradictoires ; en effet ils peuvent correspondre :

-- à une action globale : " le mâle féconde la femelle et ensuite a la possibilité de faire des bébés, comme un muscle permet de marcher " ;

-- une induction à distance : " le spermatozoïde s'approche de l'ovule et l'ovule devient un bébé " ;

-- une rencontre, un contact : " l'ovule, en descendant, va rencontrer un sperme " ;

-- une réunion, une union : " l'ovule et les spermatozoïdes se réunissent et se mettent ensemble " ;

-- une pénétration : " les spermatozoïdes rencontrent l'ovule dans les trompes, et l'un d'eux pénètre dedans, il plonge la tête dedans " ;

-- une fusion : " un seul pénètre dans l'ovule et se mélange, ce qui donne une cellule ".

Ce mot de fécondation cache donc des conceptions extrêmement différentes, ce qui ne manque pas d'entretenir un certain nombre de quiproquos quand un enseignant l'utilise.

Le développement de l'œuf par exemple constitue, pour la majorité des apprenants, un sujet dont l'approche présente de réelles difficultés. En effet savoir qu'il existe un " œuf " devient une explication en soi ; c'est, pour la plupart des élèves, un mot qui possède toutes les potentialités, et en particulier celles de " faire un bébé ". Dès lors, il n'éprouve plus le besoin de se poser des questions, ils sont en présence d'un phénomène normal qui n'a pas besoin d'être plus amplement expliqué comme, par exemple, lorsqu'on emploie le mot " gravitation " pour définir la chute des corps. Cela se résume à " l'œuf se développe... et donne le bébé ".

Les représentations-obstacles, induites par le préformisme, renforce encore l'attitude décrite précédemment ; les apprenants n'ont nul besoin de se poser des questions sur le développement embryonnaire, puisque le bébé est déjà formé dans le spermatozoïde ou l'ovule : " le sperme contient tous les éléments du bébé ; le bébé n'a plus qu'à grandir " ; l'évolution du fœtus ne correspond qu'à un accroissement de taille déterminé par la nutrition du bébé.

D'autres apprenants ont aussi entendu parler des premières divisions cellulaires. À partir de là, deux attitudes peuvent être adoptées. Tout d'abord, le début du développement peut former un certain nombre de " particules ", puis chacune d'elles " constituera un membre ou un autre organe de l'enfant ". La deuxième manière de se situer par rapport à ce problème consiste à évoquer ces premières divisions cellulaires, mais à ne pas en tenir compte dans le raisonnement qui suit. Exemple : " les spermatozoïdes entrent dans une trompe seulement, ils arrivent dans une ovule. L'ovule se développe dans les mois précédents, un spermatozoïde rentre et elle se divise au bout de huit heures en 4, 8, 16. L'ovule arrive dans l'utérus et neuf mois après l'enfant sort par le vagin de la femme. "

Mais, de toute manière, l'explication la plus fréquente peut se résumer de la façon suivante : l'enfant se contente de " grossir " et " il se modèle pour prendre la forme de l'enfant " ; il y a donc pas intervention du phénomène de segmentation de l'œuf. On retrouve fréquemment cette conception chez les adultes.

Le lieu du développement est également remarquable, avec des confusions soit de vocabulaire, soit notionnelles ; on cite fréquemment le vagin, l'utérus, les trompes... mais aussi l'eau faire et le corps jaune.

La vie du futur bébé pose aussi quelques problèmes, en particulier aux enfants, notamment en ce qui concerne sa nutrition et sa respiration. Souvent le cordon ombilical possède toutes les potentialités ; il règle l'ensemble des problèmes vitaux par sa seule présence ; d'ailleurs, on le nomme fréquemment " cordon médical ". Dans ce cas, il part du fœtus, mais aboutie nulle part, la notion de placenta étant peu connue. D'autres fois, il se dirige vers le nombril, sans que l'apprenant sache expliquer pourquoi ; certain raisonnement analogique le font aussi aller jusqu'à la poitrine de la mère quand on lui attribue un rôle nourricier et, si la préoccupation est plutôt de nature respiratoire, il sera assimilé à " un tube de plongée ", à moins qu'il ne débouche dans l'utérus, lui-même ouvert sur l'extérieur pour permettre une communication directe avec l'air.

Les recherches effectuées sur la sexualité permettent ainsi de dresser un inventaire des différentes conceptions rencontrées ; celles-ci permettent de constituer une sorte de " catalogue " des représentations concernant le sujet. Mais il serait dangereux de croire que toutes ces conceptions ont le même statut ; certaines affirmations fausses sont aisément corrigées après quelques explications rapides ; c'est le cas, par exemple, des organe où ont lieu la fécondation et le développement de l'embryon. Par contre, d'autres représentations, comme celles portant sur l'origine du bébé ou concernant des éléments transmis lors de la fécondation, sont beaucoup plus tenaces, et il convient de leur accorder une tout autre importance éducative, car ses connaissances sont en liaison avec quelques grands concepts biologiques.

On peut également prendre conscience, au cours d'un tel survol, qu'il serait simpliste de se contenter des formulations des apprenants ; le fait d'affirmer qu'il y a rencontre d'un élément mâle et d'un élément femelle peut faire penser que ce domaine du savoir est maîtrisé, alors que bien des points sont imprécis et le plus souvent incompris. Derrière les mots des apprenants se cache des conceptions très spécifiques, souvent bien éloignées des concepts scientifiques. De même certains échecs dans la formulation d'une idée peuvent provenir de la non-maîtrise d'autres concepts indispensables à la compréhension de ce qui est étudié. Parallèlement à cette catégorisation des conceptions, un travail d'analyse des obstacles est donc nécessaire.

Enfin, des travaux concernant les blocages affectifs des apprenants seraient également à envisager, vu que leur prégnance peut être tout à fait sensible dans certains cas.

Où s'enracinent les conceptions ?

D'où viennent les conceptions d'élève à propos des phénomènes physiques ou biologiques ? Les sources peuvent a priori être multiples, et le débat est toujours vigoureux à ce propos parmi les chercheurs sur la pondération qu'il convient de considérer entre les différents facteurs possibles.

L'une de ses sources peut être l'environnement social, lequel produirait un bain culturel nourrissant des conceptions, voire des préjugés, très communément partagés. Dans certaines cultures, l'enseignement religieux peut se constituer en concurrence directe des sciences, comme l'atteste le combat toujours sévère que mène aux États-Unis les " créationnistes " (partisans de la description biblique de l'origine de l'homme) contre les théories de l'évolution. Mais des exemples moins extrêmes peuvent être donnés : les stéréotypes sexuels qui accordent un rôle dominant à l'homme s'étendraient par exemple à certaines conceptions touchant la fécondation, où la femme serait condamnée à un rôle de réceptacle plus ou moins passif. D'une manière plus spécifiques encore, les déformations inévitables, dont la recherche systématique du spectaculaire, qui accompagne la vulgarisation scientifique, jouerait un rôle propre dans l'existence fort répandue d'idées erronées. Ou bien peuvent être en cause des conceptions épistémologiques quant à la manière dont les sciences produisent leurs énoncés, qui viendraient faire obstacle à une appréhension correcte du fonctionnement de ces dernières.

Parfois aussi, ce sont les structures profondes de la personnalité affective qui sont invoquées. Cette approche de type psychanalytique s'attache aux effets particuliers produits par l'investissement individuel, fut-il fantasmé, dans le problème scientifique considéré. Hewson et Hamlyn (1983) rapporte ainsi une influence intériorisée de l'environnement physique, particulièrement aride, de populations sud-africaines sur leurs conceptions à propos de la chaleur, considéré comme " mauvaise " (malheureuse, triste, fatigante, etc.). Peterfalvi (1982) cite le cas de sujets qui considèrent qu'une fourrure a une capacité intrinsèque de chauffage, idée qu'elle rapproche de celle de chaleur maternelle évoquée par l'aspect de la fourrure. De même, le rôle de l'imaginaire, des glissements sémantiques au niveau des signifiants pourraient expliquer la persistance de certaines conceptions en mathématiques.

Parfois aussi, c'est existence des modes de raisonnements pré ou non scientifiques qui sont mis en cause. Suivant Bachelard (1938), une liste impressionnante de ce raisonnement constituer en " obstacles épistémologiques " et invoquées par de nombreux travaux : animisme, anthropomorphisme, finalisme, coefficient de " réalité " accordé à ce qui apparaît " naturel ", artificialisme, substantialisme, obstacles verbaux, généralisation indue, poids décisif donné à l'expérience première, etc. Dans la tradition Piagetienne, sont aussi souvent décrits les effets de caractéristiques particulières de la pensée infantile, en particulier celles liées à l'adualisme enfantin (entre autres, l'absence de distinction entre soi et le monde).

Cette dernière référence à la psychologie cognitive fait la transition avec l'important courant de chercheurs qui pensent que les conceptions les plus fondamentales, comme les modes de raisonnements les plus répandus, s'enracinent dans les relations réelles ou pensées, entretenues par un sujet avec les objets. On peut extraire de ces théories des catégories ontologiques fondamentales : la causalité, la notion d'objet, d'espace et de temps. Ceci permet de bâtir une analyse de la réalité en terme de trois aspects, tous dérivants d'une manière plus ou moins immédiate de l'action : de quoi sont faites les choses, que peut-on faire avec elles, et que peut-il en découler. Cet espace ontologique fondamental, développé ultérieurement avec des dimensions supplémentaires en nombre réduit, permet de rendre compte d'après les auteurs de la manière dont les sujets abordent nombre de concepts scientifiques. En effet, sur cette base initiale forgée, donc dans le domaine de l'action et du mouvement (la " mécanique " pour la physique) se développeront par analogie des schèmes cognitifs adaptés à d'autres domaines de la physique, mais aussi à l'ensemble des domaines scientifiques, le cas échéant avec des spécificités propres. Dans cette description, les schèmes cognitifs ainsi construits " expliquent ", ou au moins déterminent en partie, les autres sources notées pour les conceptions.

Ainsi se constituerait une large base cognitive constitutive du sens commun. Comme Bachelard le décrit avec force, ce " sens commun ", sous ses diverses modalités et composantes, serait constitué en obstacle face à l'appropriation des savoirs scientifiques. C'est pourtant bien, par définition, la base de connaissances d'élèves en formation, et qu'il s'agit de dépasser. La difficulté de l'entreprise doit se comprendre au regard de l'efficacité relative de ce " sens commun ", puisque, après tout, ce sont bien les schèmes qui lui sont liés qui permettent à tout un chacun de se mouvoir et d'agir sur les objets dans la vie quotidienne. Alors que d'un autre côté, les problèmes scientifiques sont des problèmes rares, au sens qu'il est rare de les trouver sous une forme adéquate dans la vie quotidienne. Celle-ci peut être truffée de difficultés, mais il est rare qu'on y définisse un " problème ", de type scientifique, pour lequel une stratégie cognitive soit mise en œuvre et des savoirs nouveaux construits. Il arrive qu'un ciel voilé empêche la réalisation d'une sortie accompagne et on regrettera que le ciel ne soit pas bleu ce jour-là ; mais ce n'est qu'en classe de physiques que l'éventuelle couleur bleue du ciel est un " problème ", guère aisé à résoudre au demeurant.

On trouve donc d'un côté des conceptions et modes de raisonnement anciens et bien ancrés, parfois bien adaptés à la très grande majorité des situations de la vie courante ; de l'autre des savoirs plus techniques, exigeant parfois une rupture conséquente avec le sens commun, en vue de traiter des problèmes paraissant un peu spéciaux. La partie est inégale et appelle, pour être gagnée, fût-ce en partie, des stratégies didactiques fort particulières.

Il faut cependant à ce point attirer l'attention sur le fait que l'ancrage des conceptions dans un espace ontogénétique ne permet pas à lui seul d'expliquer toutes les réponses et conduites d'élèves confrontés à certains problèmes scientifiques. Face à ceux-ci, on voit rapporter dans plusieurs travaux de didactique des attitudes assez différentes au sein d'un même groupe d'élèves ; l'unanimité qui devrait découler d'un ancrage fondamentalement semblable se manifeste parfois, mais pas toujours. De plus un élève donné ne manifeste pas toujours une cohérence totale entre les réponses données à des problèmes apparemment semblables. Ceci étant lié avec la constatation plus large que le type de situation proposée influe grandement sur la manifestation d'une conception donnée, ou sur le type de conceptions élaborées pour l'occasion.

De plus, il est impossible de faire abstraction de la nature épistémologiques des concepts concernés dans chaque science, tant ceux-ci manifestent une logique très particulière, et tant la réponse d'un élève à un problème donné dépend d'une mise en relation de sa structure conceptuelle avec ce champ épistémologiques spécifiques. Il est possible de pousser la remarque plus loin en tenant compte du fait que ce champ épistémologiques est en général présenté aux élèves dans le cadre scolaire, c'est-à-dire au sein d'un contrat didactique donné, et avec des rapport aux savoirs spécifiques de l'institution scolaire. Si bien que la possibilité ne doit pas être écartée que certaines au moins des conceptions d'élèves, loin d'être intrinsèques à ceux-ci, soient des purs produits didactiques, effets plus ou moins maîtrisés de l'enseignement passé, dans le cadre d'un rapport donné aux savoirs, d'une transposition didactique donnée, voire dans le cadre de l'histoire particulière de la classe.

Il faut distinguer l'erreur qui provient de l'enfant, facilement dépassable du véritable obstacle ; l'erreur n'est pas, par définition, enracinée et quelle que soit la méthode pédagogique ou la forme didactique employée, l'erreur est vite rectifiée.

L'obstacle, proprement dit, est caractérisé par sa résistance à la correction, par sa persistance contre toutes données scientifiques et malgré de nombreuses années d'enseignement. Les Anglo-saxons emploient le terme de misconception qui désigne une conception fausse, incompatible avec la conception scientifique.

Les conceptions erronées ont un espace pratique de pertinence : producteur de sens.

Quand il s'agit de s'habiller, il vaut mieux choisir la laine que le métal.

Dégager les propriétés d'un corps peuvent, dans la réalité, être, la plupart du temps, ramenée aux propriétés de l'atome ou de la molécule constituant ce corps.

La vision de la reproduction est le reflet de l'idéologie ambiante, adopter les idées consensuelles en un temps et lieu donnés est plus confortable.

Dans le cas du lancer de ballon sur un tapis roulant, la situation est rare dans le quotidien et ne présente pas une grande utilité pratique.

Ce sont des représentations qui permettent d'organiser la vie autour de soi.

Les difficultés à appréhender le monde selon les canons scientifiques ne sont pas inhérentes à l'élève ou au professeur, mais intrinsèques à la discipline considérée.

Il peut paraître presque extraordinaire que seulement 25% du public pense que le soleil tourne autour de la terre, car aucune donnée expérimentale à l'échelle humaine ne vient corroborer le contraire.

Les obstacles cohérents et persistants ne doivent pas être niés, car ils déterminent toute une structuration de la pensée, fruit des acquisitions de connaissances antérieures (empiriques).

Ils ne peuvent pas, non plus, être détruits, sinon ils rebondissent sous une autre forme.

La seule possibilité qui s'offre à l'enseignant est de les dépasser, d'établir en parallèle aux conceptions existantes une nouvelle conception qui s'applique à un cadre donné, sans viser à un dépassement total et définitif. Il faut tendre à établir une cohabitation des différentes conceptions avec leurs registres particuliers de mise en fonction.

L'ensemble des savoirs scientifiques ne peut être mobilisé par un seul être humain, l'élève ne peut être mis directement en relation avec le savoir scientifique car il y a rupture avec l'entendement commun ; il y a nécessité de l'école et du professeur pour que l'élève puisse enter en confiance dans le domaine scientifique.

Les capacités intellectuelles depuis l'homme de Cro-Magnon (il y a 30-40000 ans) n'ont guère évoluées, l'ensemble des acquisitions de connaissances nécessaires aujourd'hui pour appréhender le monde ne peut exister sans le passage obligé par l'école.