La démarche d'investigation, comment faire en classe ?

1. Quelques principes de base de la démarche d’investigation
Auteurs : Edith Saltiel(plus d'infos)
Résumé :
Quelques principes de base de la démarche d’investigation
Publication : 30 Mars 2007

Quelques principes de base de la démarche d'investigation

1. De l’importance de s’approprier la question de départ

Pour qu’un enfant cherche effectivement à résoudre un problème, il est nécessaire que ce problème ait un sens pour lui, qu’il ait participé dans la mesure du possible à son émergence, en un mot que le problème devienne son problème et qu’il ait, de ce fait, envie de le résoudre.
Imaginons qu’un enseignant souhaite que les enfants travaillent sur des sabliers (observation, fonctionnement, construction…) et cherchent à déterminer les paramètres dont dépend la durée de chute du sable. Plusieurs possibilités s’offrent à lui :

a) l’enseignant montre un sablier aux élèves et déclare que le temps de chute du sable dépend de… et que les élèves vont le vérifier. Là on se rapproche des méthodes traditionnelles, dites magistrales, dans lesquelles le maître se contente d’énoncer des résultats : on est très loin d’une démarche d’investigation.

b) les élèves observent, dessinent, décrivent un sablier installé sur le bureau du maître, puis l’enseignant demande aux élèves de trouver de quoi dépend la durée de chute du sable, ce qui a du sens pour la majorité des enfants, mais pas pour tous.

c) après avoir observé un sablier, l’enseignant demande aux élèves comment faire en sorte que le temps d’écoulement soit plus long ou plus court. Ici l’enfant commence à se poser des questions en cherchant comment faire pour que…

d) le maître prépare au moins trois sabliers dont l’un met beaucoup plus de temps que les autres à se vider. Les élèves, répartis par groupe, observent, dessinent et décrivent le sablier qu’ils ont devant eux. Compte tenu de la spécificité des sabliers présentés, il y en a un qui va continuer à couler alors que les autres ont terminé leur course. Les enfants vont donc s’en apercevoir et vont d’eux-mêmes se demander de quoi dépend cette durée de chute du sable. C’est une façon (pas la seule, cf. c) de faire en sorte que les élèves s’approprient le problème.

2. De l’importance d’expérimenter soi-même

Expérience ici ne signifie pas expérience compliquée qui implique du matériel sophistiqué et onéreux. Le lecteur constatera que les expériences citées sont en fait très simples et ne demandent qu’un matériel usuel, peu cher. Les exemples d’activités qui se trouvent sur le site Pollen sont un bon exemple de ce qui peut être réalisé par des enfants.
Les enfants se souviennent très bien des expériences qu’ils ont eux-mêmes réalisées. Par ailleurs, ils ont très tôt des idées sur un certain nombre de phénomènes. Il ne suffit pas, la plupart du temps, de leur dire que telle expérience donnera tel résultat (sans faire l’expérience ou simplement en la leur montrant) ou de leur dire que ce qu’ils pensent est entaché d’erreurs, il est nécessaire qu’ils en prennent conscience : d’où la nécessité de les laisser tester eux-mêmes les expériences qu’ils ont imaginé (à condition que ce soit réalisable en classe) et de les laisser argumenter entre eux. Voici deux exemples :

  1. dans l’exemple des sabliers, les enfants peuvent penser à la quantité de sable, la largeur du goulot, la grosseur des grains de sable, la taille du sablier, la présence de certains colorants…. Rien ne vaut de laisser les enfants réaliser eux-mêmes les expériences pour qu’ils prennent conscience qu’ils ne pourront obtenir des résultats exploitables que s’ils ne font varier qu’un seul paramètre à la fois (les autres étant maintenus constants) et que, compte tenu de cela, la taille du sablier ne joue pas de rôle important.
  2. L’exemple qui suit est issu d’un travail réalisé à Bergerac (Dordogne, France). Durant l’année 1998-1999, deux enseignants (A et B) ont dans leur classe de CE2 (8 ans) travaillé sur « fusion et solidification de l’eau » et, en particulier sur la température de fusion de la glace. Ces deux enseignants qui ont suivi le même stage de formation sur le sujet, ont mené différemment leurs séances. Deux ans plus tard, la question suivante a été posée à ces élèves « quelle est la température minimum à partir de laquelle la glace fond ? ». Voici les résultats :

Réponses

Ecole A

Ecole B

3°C ou plus

83%

36%

entre –1°C et 2°C

13%

63%

Autres

4%

1%

En comparant ces réponses avec les cahiers d’expériences, on s’aperçoit que la majorité des élèves de la classe B donne le résultat qu’ils ont obtenu deux ans auparavant lors de la réalisation de leurs propres expériences, ce qui n’est pas le cas des élèves de la classe A,.ce qui explique l’étalement des réponses 1/3 et 2/3,
En fait, le maître de la classe B a fait travailler les élèves en groupe, chaque groupe cherchant à mesurer la température de la glace. De plus, ces élèves ont eu la possibilité de refaire l’expérience après une première confrontation des résultats alors que le maître de la classe A a réalisé sur une table une seule expérience, les élèves venant à tour de rôle relever la température…..
Ce résultat indique à quel point ce que l’élève apprend par lui-même, en faisant lui-même les expériences, est important et est resté ancré dans sa mémoire.

3. On n’observe que ce que l’on cherche à observer

En d’autres termes, il faut savoir ce que l’on veut regarder pour le « voir ». De nombreux travaux montrent très bien cela. Citons quatre exemples

  1. le premier concerne un futur professeur des écoles qui, durant sa dernière année de formation, a eu à réaliser un mémoire professionnel sur le sujet de son choix. Elle a choisi le thème de l’observation, se souvenant de sa propre scolarité. En effet, lors d’une sortie scolaire elle avait pour consigne de trouver des fossiles. Elle était revenue les mains vides car elle ne savait pas ce qu’elle devait chercher, n’ayant aucune idée de ce que pouvait être un fossile.
  2. le second concerne un enseignant* qui souhaitait montrer aux enfants qu’une bougie placée sous un bocal brûlerait plus longtemps si le bocal était plus grand. Cet enseignant avait pris trois bocaux de tailles différentes et expliqué aux enfants comment les placer en même temps par dessus les trois bougies. Tout se passa bien. Pourtant lorsque le professeur leur demanda quelle différence ils avaient noté entre les bocaux, il fut déçu par leur réponse : Aucune. C’est pareil pour tous. Toutes les bougies se sont éteintes ». Il est clair qu’aucun enfant n’avait observé ce que le professeur espérait. La réaction des élèves auraient été différentes si, avec une bougie et un bocal, les enfants avaient tout d’abord constaté que la bougie s’éteignait, qu’ensuite ils avaient observé trois bocaux avec chacun une bougie avec comme consigne de noter si les trois bougies s’éteignaient en même temps.
  3. le troisième ne concerne pas vraiment les élèves du primaire. Beaucoup d’adultes ont vu et admiré deux arcs en ciel. Si vous leur demandez dans quel ordre sont les couleurs, il y a un tout petit pourcentage qui vous dira que les couleurs sont inversées. Cela ne suffit pas de regarder, faut-il encore savoir ce que l’on cherche à voir.
  4. Le quatrième concerne l’histoire des sciences qui fourmille d’exemples semblables. Ainsi, les notes d’Ampère et d’Arago** indiquent que des courants ont parcouru leur instrument de mesure (mesurant des intensités électriques, instrument que l’on appelle aujourd’hui ampèremètre) quand ils approchaient une bobine parcourue par un courant d’une autre bobine, non reliée à un générateur. Ils n’ont pas « vus » ces courants car ceux-ci étaient transitoires (c'est-à-dire disparaissaient lorsqu’on cesse de déplacer la bobine) et le phénomène qu’ils cherchaient à mettre en évidence devait, dans leur attente, se manifester par un courant permanent. Ils ont ainsi laissé à Faraday, près de 10 ans plus tard, la gloire de la découverte du phénomène d’induction électromagnétique.
* Harlen W., Jos Elstgeest, Sheila Jelly, Primary Science: Taking the Plunge – Vol 2. Heinemann eds, UK., 2001, 160pp ou W. Harlen, 2004. Enseigner les sciences : comment faire ? - Collection La main à la pâte, Le Pommier Eds, 220 pp.

** André-Marie Ampère (1775-1836) physicien français, mais aussi chimiste, biologiste et mathématicien. Ayant observé en 1820 l’expérience, dite d’Oersted, dans laquelle l’aiguille d‘une boussole est déviée quand un courant parcourt un fil électrique situé près d’elle, il édifie en quelques jours la théorie des champs magnétiques : un circuit parcouru par un courant agit sur une boussole au même titre qu’un aimant, il crée donc un champ magnétique. L’unité de courant électrique porte son nom.
François Arago (1786-1853), physicien et astronome français. Il a apporté d’importantes contributions au développement de l’optique et de l’électromagnétisme.

4. On trouve dans la documentation beaucoup d’informations, mais on trouvera  encore mieux si l’on sait ce que l’on cherche

Pour illustrer ce point, citons ce qui a été observé dans une classe.
La séance observée portait sur les os. Durant la séance précédente, la maîtresse avait distribué à chaque élève une feuille (format A4) représentant la silhouette d’un être humain et chaque élève devait dessiner les os, tel qu’il les imaginait.
Au cours de la séance, les élèves ont été mis par groupe de 4. Une feuille (format A3 avec une silhouette dessinée) a été donnée à chaque groupe afin que le groupe dessine d’une certaine couleur (mettons rouge) les os pour lesquels tous les membres du groupe étaient d’accord sur leur existence et d’une autre couleur (mettons bleue) ceux pour lesquels il y avait désaccord.
Quand ceci fut fait, les feuilles A3 ont été affichées au tableau et la maîtresse a affiché au mur une nouvelle silhouette (format A0). Toute la classe a alors commencé à discuter et à mettre sur la grande feuille en rouge les os sur lesquels il y avait accord de toute la classe. Les désaccords ont débouché sur des questions précises : les dents sont-elles des os ? Combien d’os y a t il dans la colonne vertébrale ? (Cette question est venue car quelques enfants pensaient que la colonne vertébrale était constituée d’un seul os, mais d’autres ont fait remarquer que si c’était le cas, il serait impossible de se baisser pour ramasser un crayon par terre). A la fin de tout ce travail, des questions précises ont émergé et les enfants sont allés chercher des réponses dans la documentation, en sachant très bien ce qu’ils cherchaient.

5. Ce n’est pas qu’en agissant sur et avec les objets que l’on apprend, c’est aussi en parlant avec les autres enfants et en écrivant aussi bien pour soi que pour les autres

Inutile d’insister longuement sur ce dernier point car nous aurons l’occasion d’y revenir. Retenons seulement qu’il ne suffit pas d’apprendre par cœur pour être capable de résoudre des problèmes et que bien souvent c’est en essayant de faire connaître son point de vue que l’on arrive à trouver des réponses à ses questions. Qui n’a jamais dans sa vie rencontré un problème et, en essayant d’expliciter ce problème à une tierce personne, trouvé lui-même une partie de la solution ?