Comment enseigner les sciences à l'école maternelle ?

Peut on faire des sciences et de la technologie à l'école maternelle ?
Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
Extrait du Document d'Accompagnement maternelle 2002
Publication : 21 Octobre 2005

 

Peut-on faire des sciences et de la technologie à l'école maternelle ?

L’école maternelle est le lieu privilégié de familiarisation pratique des jeunes enfants avec des objets, des phénomènes, des procédés, des rôles. Mais il ne suffit pas de manipuler ou de « fréquenter » des « objets scientifiques » ou des « objets techniques » pour faire des sciences ou de la technologie ; encore faut-il que cela débouche sur des connaissances plus précises et que les activités conduites accompagnent efficacement l’évolution d’une pensée en pleine structuration. Car « faire des sciences et de la technologie », c’est aussi accéder à une construction intellectuelle débouchant sur des connaissances objectives et celle-ci peut et doit être envisagée dès le plus jeune âge. Les exemples qui suivent aideront à cerner ces connaissances au mieux et à définir un niveau de formulation adapté à l’âge des élèves, tout en proposant des situations et des modalités de travail qui permettront de susciter, d’observer et de valoriser les évolutions des raisonnements des élèves.

Découvrir le monde à l’école maternelle, c’est porter un regard curieux et inventif sur son environnement, tout en « expérimentant les instruments du travail intellectuel » qui, à terme, permettront de raisonner, d’étudier des phénomènes et d’agir sur le monde de la matière et des objets pour comprendre, utiliser, transformer. (1)

L’un des objectifs importants de la première éducation scientifique à l’école maternelle est de confronter les élèves aux « contraintes de la pensée logique » et ainsi de contribuer à la construction de ces instruments intellectuels. (2)

Quels instruments intellectuels pour les sciences à l’école primaire ?

L’éclairage proposé ici ne prétend en aucun cas faire le tour de cette vaste question mais fournir un cadre aux enseignants des écoles maternelles et élémentaires susceptible de les aider à organiser leur action pédagogique en direction d’élèves pour qui l’élaboration d’outils de la pensée est donc un objectif prioritaire.

Le rapport au réel

À une époque où l’on déplore parfois une trop forte prégnance du virtuel, il est clair que l’éducation scientifique fournit une alternative privilégiée. Pour caractériser le type de rapport que les sciences entretiennent avec le réel, nous proposons de distinguer les événements des faits ou phénomènes scientifiques.

Les premiers sont clairement inscrits dans l’espace et dans le temps : ils se déroulent quelque part et à un instant donné, ils sont souvent le fait du hasard ou des circonstances.

Les seconds sont généraux et non le fait du hasard ou des circonstances. Ils ne dépen- dent ni de la volonté de celui qui les produit ou les observe, ni du lieu, ni de l’instant, mais de conditions expérimentales. Ils peuvent être reproduits par d’autres expéri- mentateurs, en d’autres lieux et en d’autres moments.

Ce caractère général, organisé et reproductible, est une caractéristique importante des sciences qui peut aider les enseignants à mieux préciser les objectifs d’une première éducation scientifique et technique.

Conséquences langagières

Les activités du domaine « découvrir le monde » contribuent de manière très positive à l’enrichissement du lexique et à la structuration de la syntaxe. L’acquisition de mots nouveaux et précis s’ancre dans les situations vécues. De même, la pratique d’activités scientifiques et techniques contribue efficacement à la construction d’une syntaxe adaptée, rendant compte des caractéristiques des sciences et des techniques. Par celles-ci, et avec l’appui de l’enseignant dont les (re)formulations fournissent un modèle pour les élèves, ces derniers apprendront peu à peu à utiliser :

– des connecteurs logiques, analogiques, spatiaux et temporels pour rendre compte des relations entre des phénomènes ;

– des marques explicites de la généralité (« toujours, chaque fois que... ») ou de la condition (« si... alors... ») ;

– des phrases souvent au présent et dont le sujet n’est pas l’expérimentateur mais l’un des paramètres de la situation physique (« l’eau change d’état à 0 °C » est différent de « on a fait geler de l’eau ; on a vu que la température est égale à 0 °C »).

Que faire à l’école maternelle ?

Ces points de repère étant posés, il s’agit de les mettre en perspective avec les possibi- lités cognitives d’enfants d’école maternelle. Ainsi, il est bien certain qu’aucun élève ne peut avoir construit de manière stable cette « logique scientifique », générale et structurée, à la fin de l’école maternelle. Le but de cette rapide présentation est d’ai- der les enseignants d’école maternelle à identifier la direction dans laquelle ils peuvent chercher à initier des évolutions chez leurs élèves.

Pour autant, il faudrait se garder d’une conception qui considèrerait que le jeune âge des enfants rendrait impossible, par principe, d’aboutir à des formulations générales et structurées à l’école maternelle. En effet, si l’évolution de la pensée dépend en partie de l’âge des enfants qui rend possible certaines acquisitions à certains moments, elle est aussi grandement conditionnée par les activités conduites par l’école. Lorsqu’on donne aux élèves la possibilité et le temps de vivre des situations, d’agir, d’observer les effets de leurs actions, lorsqu’on les sollicite pour reproduire, comparer, obtenir d’autres effets, alors, même s’ils sont jeunes, ils peuvent se rendre compte qu’au-delà du vécu personnel et immédiat, il y a quelque chose de plus général à comprendre. Nous verrons, à travers les quelques exemples fournis dans ce préambule et plus lar- gement dans la totalité de ce fascicule, que l’entreprise est possible pour peu que le sujet et les activités proposées soient adaptés.

Le langage oral et écrit

Il en est également ainsi dans le domaine du langage : « Lorsque [les élèves] quittent l’école maternelle, ils peuvent construire des énoncés complexes et les articuler entre eux pour [...]expliquer un phénomène.» (3)Pouryparvenir,ils’agitdefaireévoluerlescompétences langagières en même temps que la connaissance scientifique : « À cet âge, le travail du langage est obligatoirement lié à une activité ou à un moment de vie quotidienne ». (4) En complément, l’utilisation de documentaires de qualité adaptés aux jeunes élèves est une occasion de les mettre en contact avec des formes langagières plus justes que les leurs propres, et dont ils peuvent percevoir le sens grâce aux activités qui auront été menées antérieurement et aux tâtonnements langagiers qu’elles auront suscités.

Par ailleurs, dès la section des petits, l’un des objectifs est de « faire découvrir les prin- cipales fonctions sociales de l’écrit ». (4) Dans le domaine de la découverte du monde qui constitue un cadre très pertinent pour explorer cet univers complexe, on utilise des traces écrites (au sens large) qui se présentent sous différentes formes et qui ont cha- cune une fonction particulière : une liste (pour ne rien oublier), un tableau (pour comparer facilement), un dessin (pour décrire une expérience), une phrase (pour rendre compte d’une observation ou d’un résultat)...

Le cas des dessins

Spontanément, les dessins des enfants n’ont aucune des caractéristiques qu’on atten- drait d’un dessin scientifique : celui-ci s’attache à représenter l’objet d’étude et opère de nombreuses abstractions. Les dessins enfantins, au-delà des nombreuses mal- adresses du tracé, sont davantage la manifestation du vécu et très empreints d’affec- tif. L’évolution vers des représentations abouties qu’on pourrait véritablement qualifier de scientifiques est longue et complexe et se poursuivra bien au-delà de l’école pri- maire. Une première distanciation est toutefois possible à l’école maternelle grâce aux sollicitations de l’enseignant. Une formulation comme « Dessine ce que nous avons appris » conduira souvent à des représentations mieux ciblées sur l’objet d’étude que « Dessine ce que nous avons fait » qui induit davantage le récit d’un moment de vie. L’usage de la photographie, technique plus souple depuis l’avènement des procédés numériques, peut apporter une contribution intéressante. Un plan large sur lequel les enfants se reconnaîtront rendra compte du moment de vie alors qu’un plan rapproché sur l’objet d’étude révèlera les éléments significatifs de la situation. Cette comparaison débouche sur la distinction entre ces deux fonctions des photographies, complémen- taires mais fondamentalement différentes. Au-delà de la photo, l’objectif est d’induire des évolutions similaires dans le cas des dessins : dessiner les objets et non les enfants qui manipulent ; représenter ce qui est significatif ; réaliser plusieurs dessins dans le cas d’un phénomène qui évolue dans le temps...

De l’action aux élaborations intellectuelles à l’école maternelle

Vers les propriétés de la matière et des objets

Dans la tranche d’âge de l’école maternelle, l’enfant est particulièrement sensible au « pouvoir » qu’il exerce sur ce qui l’entoure. Lorsqu’il manipule, il s’intéresse à lui, à son action, à ses sensations, à ses capacités. Un enfant a tendance à démonter, voire à casser. Ce n’est pas, en général, pour observer ce qui est dans l’objet ni nécessairement par malveillance, mais tout simplement pour éprouver le pouvoir qu’il a sur cet objet. Sans aller jusqu’à laisser les élèves casser le matériel, il n’est pas inutile, bien au contraire, de laisser se poursuivre ces moments d’exploration libres qui, parfois, se suf- fisent à eux-mêmes et sont déjà porteurs d’une activité intellectuelle effective pour peu qu’ils soient finalisés par un but à atteindre, une tâche à réussir. Lorsqu’il estime que c’est possible, l’enseignant peut saisir les occasions qui se présentent pour engager des élaborations intellectuelles plus complexes qui aboutissent à faire comprendre aux élèves que, s’ils peuvent effectivement exercer un certain pouvoir sur les choses, celles-ci ont des propriétés auxquelles lui-même ne peut rien.

Un exemple à ppropos de la manipulation des aimants

Au cours de ses essais spontanés, un enfant découvre qu’un aimant « fait bouger » un trombone même à travers l’épaisseur de la table. Il fait part de sa découverte par une phrase comme : « Regarde ce que je suis capable de faire. » Un autre enfant, voulant essayer, échoue parce qu’il n’a pas un aimant suffisam- ment intense. Il persiste sans changer les conditions de l’expérimentation puis finit par se désintéresser du phénomène. Le premier enfant continue : « Je suis plus fort que toi. »

Cette anecdote vise à illustrer des comportements fréquemment observés à l’école maternelle et débouche sur l’attitude souhaitable du maître :
– il doit aider le second enfant à persévérer dans ses essais, sans lui donner « la » solution, mais en l’inci- tant par ses questions à faire varier les conditions de son expérimentation : « Et si tu changeais d’aimant ? et si tu changeais de table ? et si tu changeais de trombone ? » ;

– mais il doit également conduire le premier enfant, par le même genre de questions, à saisir qu’il y a des raisons indépendantes de lui à sa réussite et qu’il peut reproduire le phénomène observé s’il a « compris » ces raisons. (6)

 

Cet exemple illustre ce que peut signifier « faire des sciences » à l’école maternelle. C’est se dire que le monde existe indépendamment de soi et de sa propre volonté, et qu’il est partiellement intelligible. C’est mener une activité à la fois imaginative et organisée sur ce qui se produit devant nous.

Les raisonnements de cause à effet à l’école maternelle

Pour étudier un phénomène à l’école maternelle, on peut essayer d’identifier ses causes et de déterminer les conséquences de telle ou telle modification (si l’épaisseur du plateau de la table augmente, l’aimant finira par ne plus attirer le trombone). Cependant, à l’école maternelle, un enfant ne distingue pas clairement les causes des conséquences. Cela se manifeste nettement au moment de ses premières construc- tions langagières qui, si elles ressemblent formellement aux énoncés scientifiques, pré- sentent fréquemment des caractéristiques de la pensée enfantine : « Le chat a des griffes pour attraper les souris » ou, en cas de courant d’air : « La porte s’ouvre parce le vent veut entrer. »

Les progrès sur ce plan sont à rechercher sur le long terme en exploitant, dans l’action et le langage, les nombreuses situations où la cause et la conséquence se distinguent sans ambiguïté (« Tel objet est tombé parce que tel enfant l’a poussé ; tel enfant a poussé cet objet, donc il est tombé »). Puis, dans des situations plus complexes, il importe à la fois que les maîtres adoptent eux-mêmes des formulations rigoureuses, tout en sachant valoriser, en les reprenant à leur compte par exemple, de meilleures formulations venant des élèves eux-mêmes. C’est aussi par l’imprégnation de formules entendues chez les adultes référents, en situation duelle ou collective, qu’il faut chercher à faire progresser les élèves.

Les limites de la causalité simple

Les sciences ne sont pas simples. C’est le plus souvent un ensemble de causes, qu’il n’est pas toujours possible de déterminer de manière exhaustive et univoque, qui explique un phénomène.
Reprenons l’exemple du chat. S’il peut attraper les souris, c’est non seulement parce qu’il a des griffes mais aussi parce qu’il peut se déplacer lentement et en silence, parce qu’il est capable de bondir, de courir plus vite que les souris, de changer rapi- dement de direction... Bref, c’est un ensemble de causes qu’il faut considérer. De manière encore plus fondamentale, les scientifiques ne se demandent pas pourquoi le chat peut attraper les souris mais quelles sont les caractéristiques qui lui permettent d’être particulièrement adapté à la chasse aux petits rongeurs. Les questions scienti- fiques ne se formulent pas toujours en terme de « pourquoi » mais plus souvent en termes de « comment », « à quelles conditions », « quelles caractéristiques », etc. Sans viser le moindre formalisme, il reste possible et souhaitable de faire appréhen- der partiellement cette complexité aux élèves de fin d’école maternelle en s’appuyant sur les situations rencontrées. Pour reprendre l’exemple des aimants déjà évoqué, le maître pourra utilement conduire ses élèves à comprendre que le phénomène dépend de deux variables et à le formuler : « L’aimant n’attire pas le trombone parce qu’il n’est pas assez “fort ” ou parce que la table est trop épaisse. »(7)

Un exemple pour résumer

Un élève est tombé en glissant sur une plaque de glace. Voici différentes évolutions possibles dans la manière de rendre compte de l’événement, puis d’en chercher ses causes et enfin de généraliser. On peut raisonnablement estimer que la dernière formulation, la plus achevée, est accessible par beaucoup d’enfants en dernière année d’école maternelle.

– « Je suis tombé, j’ai glissé, je me suis fait mal » : l’élève relate un événement vécu.
– « Ce matin il y a de la glace dans la cour et j’ai glissé » : l’événement est situé dans l’espace et dans le temps ; l’élève réalise un début de mise en relation entre deux événements : la présence de glace et la chute ; mais le connecteur « et » n’est pas le plus approprié.
– « Je suis tombé parce qu’il y a de la glace dans la cour » : l’élève établit une relation de cause à effet et utilise, pour la marquer, le connecteur logique « parce que ».
– « Je suis tombé parce qu’il y a de la glace dans la cour et parce que j’ai couru » : la présence de glace n’est pas la seule cause de la chute.
– « S’il y a de la glace sur le sol, si on court et si on ne fait pas attention, alors on risque de tomber » : on énonce les conditions qui rendent la chute probable ; notons qu’à l’école maternelle, les enfants utili- seront sans grand inconvénient les conjonctions « quand » ou « lorsque » à la place de « si ».
– « Il y a de la glace dans la cour, donc ça glisse » ou « Ça glisse parce qu’il y a de la glace dans la cour » : on ne parle plus de la chute mais d’une caractéristique du sol en énonçant une relation de cause à effet ; l’abandon de la première personne et l’utilisation du présent sont les marques d’une formulation qui devient générale.
– « La glace est glissante » : on dit une propriété générale de la glace, vraie quels que soient le lieu et la date ; c’est l’énoncé d’un fait scientifique.

 

Pour conclure

La préoccupation des enseignants doit être d’aménager la transition entre le vécu personnel et immédiat, et le caractère général et complexe des sciences et de la technologie.
Cette transition est nécessairement très progressive et peut ne pas être totale à l’école maternelle. Pour reprendre l’exemple de la glace, on peut penser que la transition entre « Je suis tombé, j’ai glissé, je me suis fait mal » et « Il y a de la glace par terre et ça glisse » est déjà une étape significative en section de petits. Peut-être ne sera-t-il pas possible d’aller plus loin... C’est le cas aussi de l’évolution des dessins qui reste très difficile avant la fin de la section des moyens.

Le tableau ci-après résume les évolutions souhaitables dans les raisonnements, la manière de les formuler et la manière de les représenter. Ces évolutions ne sont pas toujours abouties à l’école élémentaire ; ce sont donc des objectifs à long terme mais il importe que les enseignants d’école maternelle se représentent clairement les évo- lutions pour mettre les élèves sur la bonne voie. En même temps, il faut qu’ils sachent tirer profit des situations les plus concrètes dans lesquelles ces évolutions sont possibles.

Tendances spontanées

Évolutions souhaitées
Raisonnements enfantins (« Le chat a des griffes pour attraper des souris »). Raisonnements de cause à effet plus ou moins élaborés :
– « Le chat peut attraper des souris parce qu’il a des griffes » ;
– « Le chat peut attraper des souris parce qu’il a des griffes, parce qu’il peut bondir », etc.

Intérêt porté aux événements

– Liés au vécu ;
– souvent subjectifs ;
– situés dans l’espace et dans le temps ; – liés au hasard ou aux circonstances.

Intérêt porté aux faits scientifiques

– Indépendants du vécu ;
– objectifs ;
– indépendants du lieu et du moment ;
– dépendants de conditions expérimentales ; – reproductibles.

Langage « événementiel »

– Pas de connecteurs logiques ou connecteurs inappropriés (« et », « pour que »...) ;
– description des circonstances (« ce matin »,
« dans la cour ») ; verbes souvent au passé (« j’ai glissé ») ;

– utilisation fréquente de la première personne : le sujet de la phrase est l’enfant lui-même (« je peux attirer le trombone »).

Langage scientifique

– Présence de connecteurs logiques (« parce que... ») ;
– marques explicites de la généralité (« toujours, chaque fois que »), de la condition (« si... ») ;
– verbes au présent (« la glace est glissante ») ;
– utilisation de la troisième personne ; le sujet de la phrase est l’objet d’étude (« l’aimant attire le trombone »).

Représentations « événementielles »

– Représentation des personnages, des décors, des détails, des couleurs... pas de sélection entre ce qui est significatif et ce qui ne l’est pas ;
– un seul dessin pour représenter l’événement.

Représentations scientifiques

– Représentation épurée ; seul l’objet d’étude est représenté ; sélection des aspects à représenter, abstraction des détails inutiles... ;
– le nombre des dessins dépend de ce qui est scientifiquement significatif.

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1. Qu’apprend-on à l’école maternelle ? Les nouveaux programmes, CNDP/XO Éditions, 2002, p. 65, ou BO hors série n° 1 du 14 février 2002, « Horaires et programmes d’enseignement de l’école primaire », p. 18.

2. Ibid., p. 120, ou BO hors série n° 1, p. 31.

3. Ibid., p. 70, ou BO hors série n° 1, p. 19. 

4. Ibid., p. 72, ou BO hors série n° 1, p. 19.

5. Ibid., p. 79, ou BO hors série n° 1, p. 21.

6. On peut considérer qu’à l’école maternelle il s’agit souvent d’une compréhension « en actes » par opposition à la compréhension scientifique classique qui énonce des propriétés, établit des relations, élabore des théories. Pour autant, l’activité cognitive des élèves n’est pas absente de ce processus.

7. Il serait plus correct de dire « intense » au lieu de « fort ». Mais ce dernier terme semble pré- férable, compte tenu de l’âge des élèves concernés.

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