Probl´ematisation, activit´es langagi`eres et apprentissage ´ dans les sciences de la vie. Etude de quelques d´ebats scientifiques dans la classe dans deux th`emes biologiques : nutrition et ´evolution Yann Lhoste To cite this version: YannLhoste. Probl´ematisation,activit´eslangagi`eresetapprentissagedanslessciencesdelavie. ´ Etude de quelques d´ebats scientifiques dans la classe dans deux th`emes biologiques : nutrition ´ et ´evolution. Education. Universit´e de Nantes, 2008. Fran¸cais. <tel-00376892> HAL Id: tel-00376892 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00376892 Submitted on 20 Apr 2009 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destin´ee au d´epˆot et `a la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publi´es ou non, lished or not. 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UNIVERSITÉ DE NANTES UFR Lettres et langages École doctorale Cognition, éducation, interaction Centre de recherches en éducation de Nantes - CREN Année 2008 THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE NANTES Discipline : Sciences de l'éducation présentée et soutenue publiquement par Yann Lhoste le jeudi 4 décembre 2008 Problématisation, activités langagières et apprentissages dans les sciences de la vie Étude de débats scientifiques dans la classe dans deux domaines biologiques : nutrition et évolution Directeur de thèse : Christian ORANGE Co-directrice : Martine JAUBERT Jury Jean-Pierre Astolfi, professeur, université de Rouen, rapporteur Michel Fabre, professeur, université de Nantes, président du jury Martine Jaubert, professeur, IUFM d’Aquitaine, codirectrice de thèse Christian Orange, professeur, IUFM des Pays de la Loire, directeur de thèse Dominique Rojat, inspecteur général de l’Éducation nationale (SVT), examinateur Patricia Schneeberger, maître de conférences, HDR, IUFM d’Aquitaine, rapporteur 2 3 « Dans le règne de la pensée, l’imprudence est une méthode » Gaston Bachelard 4 5 Remerciements Je veux dire, ici et en premier lieu, ma gratitude à Christian Orange pour avoir accompagné mes premiers pas de chercheur avec bienveillance et rigueur. Sa confiance et son regard critique m’ont aidé tout au long de ce travail qui lui doit beaucoup. Merci à Martine Jaubert d’avoir accepté de suivre mon mémoire et de m’avoir facilité l’entrée dans le monde des sciences du langage. J’espère ne pas avoir trop maltraité les concepts et les outils développés par l’équipe de Bordeaux. Un immense merci à Brigitte Peterfalvi pour sa disponibilité et son grand intérêt pour mes recherches. Les moments forts de réflexion au café Zimmer à Paris ont facilité la mise en forme de mes idées et les ont enrichies de toute son expérience. Ce travail ne serait pas ce qu’il est sans Brigitte. Je dois également beaucoup à mes différentes familles professionnelles : - à l’équipe de Saint-Lô qui m’ont permis d’entrer en didactique. Je pense en tout premier lieu à Françoise Beorchia et à Paulette Ducrocq qui m’ont donné la chance de travailler avec elles. Et puis il y a les collègues et amis de la didactique de l’EPS et de la didactique professionnelle emmenés par Alain Le Bas qui ont enrichi ma réflexion par leurs outils, leurs concepts et leurs préoccupations ; - à l’équipe du séminaire problématisation du CREN, en particulier à Michel Fabre qui a toujours suivi mon travail avec intérêt ; - à l’équipe d’Aster qui m’a si bien accueilli et qui me témoigne une grande confiance ; - à l’équipe de l’IUFM de Bordeaux pour leur soutien et leur aide précieuse : merci donc à Maryse Rebière, Véronique Boiron et Patricia Schneeberger ; - à mes collègues, professeurs du second degré de l’académie de Caen, qui se sont retrouvés embarqués dans cette aventure alors qu’ils s’inscrivaient simplement à un stage de formation continue. Je n’ai pas la place de tous les citer (certains le seront au fil de ce mémoire), mais qu’ils sachent que ce travail n’aurait pas été possible sans eux. Tous mes remerciements à Jean-Pierre Astolfi, Michel Fabre, Dominique Rojat et Patricia Schneeberger, pour avoir accepté de lire de mon travail. Pour terminer sur une note plus personnelle, je remercie mes proches pour qui je n’ai pas été très disponible ces derniers temps, tout particulièrement Margaux et Sergio, ils ont « supporté » cette thèse tout autant que moi. 6 7 Sommaire Sommaire ________________________________________________________ 7 Introduction générale____________________________________________ 11 Chapitre 1. EXPLICATION, PROBLÉMATISATION ET SAVOIRS EN SCIENCES DE LA VIE _____________________________________________ 17 Introduction_________________________________________________________18 1. Science et explication _____________________________________________20 2. Expliquer en sciences______________________________________________23 3. La justification des explications____________________________________27 3.1. Explication et tradition de recherche : style de pensée, paradigme, épistémè___________27 3.2. Explication et test empirique ________________________________________________34 3.2.1. Spécificités de l’expérimentation en biologie fonctionnaliste ____________________35 3.2.2. Fondements logiques de la démarche expérimentale en biologie fonctionnaliste_____38 3.3. Conclusion ______________________________________________________________40 4. Une épistémologie de la découverte : problème et explication_____41 4.1. Le problème de la découverte _______________________________________________41 4.2. La problématologie ou la possibilité d’une épistémologie de la découverte scientifique___43 4.2.1. Les faits, quels faits ?____________________________________________________44 4.2.2. La logique de la découverte : causalité et relevance ___________________________45 4.2.3. Expérience et nécessité : articulation entre découverte et justification____________47 4.3. Conclusion : l’explication entre expliquer et comprendre__________________________48 5. Explication et problématisation : positionnement épistémologique 50 6. Conséquences : les apprentissages scolaires en sciences de la vie___54 6.1. Le propositionnalisme du savoir scolaire : savoir et problème ______________________54 6.2. Une conception épistémique classique des enseignants de SVT : le problème réduit à sa fonction de motivation et la primauté de la justification sur la recherche dans la construction des explications ______________________________________________________________56 6.3. Apprendre les sciences de la vie : explication et problématisation ___________________59 6.4. La problématisation : processus et produit _____________________________________61 6.4.1. La dynamique de la problématisation : les deux dédoublements__________________62 6.4.2. Le produit de la problématisation d’un problème explicatif : une modélisation______69 6.4.3. Conséquences méthodologiques de la distinction processus/produit pour rendre ___73 compte de l’activité de problématisation des élèves________________________________73 7. Conclusions et première formulation de la question de recherche _85 Chapitre 2. PROBLÉMATISATION EN SCIENCES ET ACTIVITÉ LANGAGIÈRE____________________________________________________ 87 Introduction_________________________________________________________88 1. Explication et mise en texte du savoir : le langage au laboratoire __92 1.1. Place et fonction de l’activité langagière dans l’activité scientifique___________________92 1.2. Communication informelle et recherche d’explication ____________________________97 1.3. Communication formelle et justification de l’explication : la mise en texte du savoir_____99 1.4. Conclusion _____________________________________________________________102 2. Quelle conception du langage pour rendre compte du versant langagier de l’activité scientifique ? _________________________________104 2.1. Les pratiques langagières de la communauté scientifique sont constitutives des savoirs scientifiques ________________________________________________________________105 2.2. Une conception dialogique du langage________________________________________107 2.3. Les pratiques langagières s’inscrivent dans des genres de discours différents__________111 8 2.4. Conclusion _____________________________________________________________113 3. Conséquence : langage et apprentissages scientifiques____________ 121 3.1. Langage et activités scientifiques dans une séquence de classe ordinaire _____________122 3.2. Langage et apprentissages scientifiques à la lumière de la théorie vygotskienne des apprentissages scolaires_______________________________________________________125 3.2.1. Une conception constructiviste des apprentissages __________________________125 3.2.2. Apprentissages scolaires versus apprentissages non scolaires___________________126 3.2.3. Concepts scientifiques et concepts quotidiens ______________________________128 3.2.4. Les apprentissages des concepts scientifiques se font en collaboration avec autrui puis sont reconstruits pour soi-même_____________________________________________135 3.3. Conclusion : la question de la transposition didactique___________________________136 4. Des outils langagiers pour analyser le processus de problématisation ____________________________________________________________________ 141 4.1. Des outils pour analyser le travail langagier de construction d’une explication au cours des débats scientifiques en classe___________________________________________________142 4.2. Des outils pour analyser l’articulation des argumentations produites par les élèves et la construction des raisons______________________________________________________143 4.3. Des outils pour analyser les arguments produits par les élèves ____________________145 5. Conclusion et nouvelle formulation des questions de recherche __ 147 Chapitre 3. QUESTIONS DE RECHERCHE, DOMAINE D’ÉTUDE ET MÉTHODOLOGIE DE TRAVAIL___________________________________ 149 Introduction _______________________________________________________ 150 1. Explicitation des questions de recherche _________________________ 151 1.1. Fonctionnalité des « espaces contraintes et nécessités » sur des cas particuliers (approche épistémologique préalable) ____________________________________________________151 1.2. Analyse des problématisations scolaires : une analyse du processus de problématisation dans le cas de problèmes explicatifs _____________________________________________152 2. Objets d’étude, niveaux de classe et situations retenues__________ 154 2.1. Les objets d’étude : biologie fonctionnaliste et biologie historique__________________154 2.2. Les niveaux d’étude retenus________________________________________________155 2.3. Deux situations ouvertes et une situation plus contrainte ________________________157 2.4. Conclusion : comparaison des trois études menées _____________________________158 3. Méthodologie de travail__________________________________________ 159 3.1. Une analyse préalable de nature épistémologique de l’objet d’étude abordé __________159 3.2. Méthodologie d’analyse des débats scientifiques ________________________________160 3.2.1. Premier temps : analyse macroscopique___________________________________161 3.2.2. Deuxième temps : une analyse microscopique à l’échelle d’un épisode mobilisant deux outils différents ___________________________________________________________163 3.2.3. Conclusion__________________________________________________________164 Chapitre 4. PREMIÈRE ÉTUDE DE CAS : LES FONCTIONS DE NUTRITION ____________________________________________________ 167 Introduction : la nutrition au cœur de la biologie fonctionnaliste____ 168 1. Les fonctions de nutrition : analyse préalable dans le cadre de la problématisation___________________________________________________ 171 1.1. La nutrition : plusieurs familles de problèmes __________________________________171 1.2. Une étude cas : la nécessité de transformation dans les différentes familles de problème 173 1.2.1. La nécessité de transformation dans un débat en cycle 3______________________173 1.2.2. La nécessité de transformation dans des problèmes de distribution _____________176 1.2.3. La nécessité de transformation dans des problèmes d’assimilation ______________179 1.3. Conclusion _____________________________________________________________189 2. La nutrition chez l’homme en classe de 3e : une problématisation scolaire_____________________________________________________________ 190 2.1. Le dispositif d’enseignement-apprentissage ____________________________________190 9 2.1.1. La nutrition dans le programme de 3e_____________________________________190 2.1.2. Premier temps : la situation d’évaluation diagnostique ________________________191 2.1.3. Deuxième temps : un travail de groupe____________________________________191 2.1.4. Troisième temps : un débat scientifique dans la classe ________________________191 2.2. Analyse du processus de problématisation_____________________________________192 2.2.1. Analyse macroscopique du débat_________________________________________192 2.2.2. Analyse épistémologico-langagière________________________________________199 2.2.3. Conclusion : l’« espace contraintes et nécessités » en jeu dans le débat de 3e______237 3. Discussion________________________________________________________243 3.1. La structure des explications produites _______________________________________243 3.1.1. Caractérisation des énoncés produits_____________________________________243 3.1.2. Les genres d’énoncés produits par les élèves confrontés à l’explication de la nutrition chez l’homme_____________________________________________________________246 3.2. La dynamique de construction de l’explication__________________________________250 3.2.1. L’exigence de précision sur les solutions possibles___________________________250 3.2.2. La mise en cohérence langagière et épistémique_____________________________250 3.2.3. Conclusion__________________________________________________________254 3.3. Les raisonnements et argumentations des élèves________________________________255 3.3.1. Le fonctionnement des épisodes fortement argumentatifs : rôle dans la problématisation __________________________________________________________255 3.3.2. Implicite / explicite dans les arguments et les raisonnements des élèves __________257 3.3.3. Conclusion et problèmes didactiques _____________________________________262 4. Conclusion _______________________________________________________263 Chapitre 5. ÉVOLUTION DES ÊTRES VIVANTS ET ANCÊTRE COMMUN HYPOTHÉTIQUE _______________________________________________ 265 Introduction : spécificité des explications évolutionnistes en biologie, une compréhension narrative_______________________________________266 1. Évolution et ancêtre commun : une analyse épistémologique _____269 1.1. Le concept d’évolution : analyse épistémologique _______________________________269 1.1.1. Présentation du concept _______________________________________________269 1.1.2. Conditions de possibilité du concept de sélection naturelle et limites_____________276 1.1.3. Ce que l’on sait et ne sait pas de l’évolution actuellement _____________________278 1.1.4. Conclusion__________________________________________________________281 1.2. L’ancêtre hypothétique commun : une analyse épistémologique_282 1.2.1. L’ancêtre commun dans la systématique phylogénétique : apport de Hennig_________282 1.2.2. Le concept d’ancêtre commun___________________________________________284 1.2.3. Conditions de possibilité du concept d’ancêtre hypothétique commun____________286 1.2.4. Conclusion__________________________________________________________288 1.3. L’évolution dans les programmes scolaires______________________288 2. L’évolution en classe de première ES _____________________________291 2.1. Le dispositif d’enseignement-apprentissage ____________________________________291 2.1.1. Premier temps de travail : la situation d’évaluation diagnostique ________________291 2.1.2. Deuxième temps de travail : une production écrite collective__________________292 2.1.3. Troisième temps de travail : le débat scientifique____________________________292 2.2. Analyse du processus de problématisation_____________________________________293 2.2.1. Analyse macroscopique du débat_________________________________________293 2.2.2. Analyse épistémologico-langagière________________________________________297 2.2.2.5. Présentation du groupe 2______________________________________________310 2.2.3. Conclusion : l’espace « contraintes et nécessités » en jeu dans ce débat sur les mécanismes de l’évolution dans une classe de première ES_________________________324 2.3. Discussion______________________________________________________________326 2.3.1. La forme narrative des explications produites : outil / obstacle _________________326 2.3.2. La dynamique de construction de l’explication______________________________329 2.4. Conclusion _____________________________________________________________336