Exemple en sciences
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L'apprentissage de l'abstraction: exemple en sciences
Note: pour prendre connaissance d'un exemple similaire, mais en géographie, cliquer ICI.

Nous allons illustrer cette démarche pédagogique en développant, dans les pages suivantes, un exemple détaillé d'exploitation du concept général de Transformation.

Voici maintenant les principales étapes de la démarche, appliquée à cet objet:


Le choix des concepts

Il faut d'abord partir d'éléments de contenus du programme (les concepts spécifiques) et les généraliser en concepts transdisciplinaires (les concepts généraux).

Concepts spécifiques Concepts généraux

Cycle de vie d'une plante à fleur

Plante feuillée, fleur, fruit, graine

Processus

Transformation

Développement

Pour les fins de l'exemple que nous sommes à examiner, nous nous centrerons sur les concepts spécifiques de graine, de fleur, et de fruit.

Les concepts généraux correspondants sont de deux ordres:

Note: pour faciliter l'identification de ces concepts généraux (nous en avons retenu 131 pour l'ensemble du secondaire), nous mettons à votre disposition un Répertoire détaillant chacun de ces concepts généraux. La façon de l'utiliser est détaillée ci-dessous. Pour y avoir accès immédiatement (dans une nouvelle fenêtre), cliquer ICI.

LE TRAITEMENT MONODISCIPLINAIRE DU CONTENU PROPRE AUX SCIENCES


LE TRAITEMENT INTELLECTUEL

Le traitement intellectuel de la croissance d'une plante est relativement simple, sur le plan scientifique. Trois concepts particuliers sont à faire ressortir.

Une plante possède les caractéristiques générales du vivant: le vivant évolue dans le temps, selon des étapes caractéristiques à chaque espèce, et cette évolution s'inscrit dans un cycle, composé d'étapes: croissance, maturité, reproduction, mort.

Chaque espèce se définit, tout au long de son cycle de vie, par des caractéristiques propres à cette espèce, qui demeurent présentes malgré les changements de forme ou de structure qu'un individu donné subit au cours du cycle: une graine de haricot est déjà un haricot, et pas autre chose, et ne donnera jamais autre chose qu'un haricot.

Le cheminement d'un être vivant à travers son cycle de vie a besoin de conditions et de facteurs qui permettent l'activation et le déroulement du processus et le passage d'une étape à l'autre: dans le cas d'une fleur, il s'agit notamment de l'eau, de la lumière de la température, de facteurs tels que le vent ou les insectes permettant la pollinisation et la fécondation, etc.

Il reste ensuite à préciser les caractéristiques et le rôle de chaque étape du processus que nous considérons ici, particulièrement dans la forme que prend la plante à chacune de ces étapes (la forme est un aspect important pour le concept de transformation que nous détaillerons tantôt).


LE TRAITEMENT PÉDAGOGIQUE

Ce traitement de l'objet une fois effectué, l'enseignant d'écologie pourra inclure ces concepts dans des tâches d'apprentissage qui pourront demander à l'élève, selon le cas:

L'enseignant devra enfin inclure ces tâches dans une ou des activités d'apprentissage propres à motiver l'élève et à lui faire apprendre ces notions, et donc prévoir des mises en situation, des expérimentations, des objectivations et des réinvestissements, faire appel à des exercices, pratiquer l'évaluation formative, etc.

Ici encore, nous nous sommes bornés, jusqu'à maintenant, à décrire le travail de préparation que tout enseignant d'écologie fait déjà, de façon explicite ou intuitive, globale ou détaillée, formelle ou informelle, s'il prétend enseigner cet objectif. Il reste à expliciter et à généraliser le concept de transformation par un traitement transdisciplinaire.


LE TRAITEMENT TRANSDISCIPLINAIRE DU CONCEPT GÉNÉRAL DE TRANSFORMATION


LE TRAITEMENT INTELLECTUEL

Ici encore, les fiches de concepts sont un outil indispensable. Nous allons nous référer à la fiche du concept Transformation, qui nous fournira des pistes pour exploiter ce concept dans un cadre transdisciplinaire.

Cette fiche est reproduite ci-dessous:

TRANSFORMATION

Définition officielle (tirée d'un dictionnaire):

  • Action de modifier les caractères formels d'un objet ou d'un phénomène.
  • Passage d'un état à un autre.

Définition pédagogique (adaptée à l'élève):

  • Changement de forme ou de caractéristiques.

Analogies (synonymes ou autres concepts présentant un lien avec celui-ci):

  • Propriété, modification, forme...

Remarque:

  • Transformation (qui met l'accent sur le changement) et processus (qui met l'accent sur le déroulement) sont très voisins.

Mots-clés (les composantes essentielles du concept):

  • ÉTAT DE DÉPART
  • PROPRIÉTÉS MODIFIÉES
  • INVARIANTS
  • ÉTAT FINAL.

Exemple d'application des mots-clés: congélation (changement de phase)

  • ÉTAT DE DÉPART: eau (état liquide).
  • PROPRIÉTÉS MODIFIÉES: propriétés physiques.
  • INVARIANTS: propriétés chimiques.
  • ÉTAT FINAL: glace (état solide).

Exemples (provenant de divers programmes):

  • Changement de phase (sc. phys.), transformation géométrique (math.), passage à la voix passive (français), larve et papillon (écologie), chaîne alimentaire (écologie), changements pubertaires (FPS), transformation de la matière (arts plast.), ...

Il faut réfléchir sur l'essence du concept de transformation: c'est la même chose qui devient autrement, et non pas autre chose. Il y a un changement, mais dans la forme, les caractéristiques ou l'état; pas dans la nature profonde. Changement et transformation ne sont pas synonymes: toute transformation est un changement, mais l'inverse n'est pas vrai: si l'on change d'auto, ce n'est pas une transformation; c'est un remplacement. Il est très différent de changer l'eau en vin (comme le Christ à Cana -> transformation) et de changer l'eau pour du vin (comme n'importe quel serveur de restaurant le fait couramment -> remplacement)!

La présence d'invariants est donc essentielle, et l'élève devra pouvoir reconnaître, à travers les changements de forme, ce qui demeure fondamental, bref l'objet de la transformation.

Les transformations peuvent être soudaines (le papier tournesol qui devient rouge au contact d'un acide) ou graduelles (la croissance d'un être vivant). Dans ce dernier cas, on fait intervenir la notion de processus, qui suggère la durée (mais il y a d'autres processus que des processus de transformation).

Une transformation peut être simple (passage de l'eau à l'état de glace, sans états intermédiaires) ou composée (passage d'une plante de l'état de graine à l'état d'arbre fruitier, par exemple).

Une transformation est, en soi, neutre sur le plan moral: quelque chose peut se transformer pour mieux ou pis, ou tout se transformer sans que le résultat final ne soit meilleur ou pire. Quand la transformation est "bonne" (comme on envisage que ce soit le cas pour la croissance d'un être vivant tel qu'une plante), on parle davantage de progrès ou de développement.

Enfin, toute transformation s'effectue sous l'influence de facteurs, qu'ils soient déclencheurs, catalyseurs, déterminants ou contribuants.

Selon le degré de raffinement que l'enseignant souhaite apporter au traitement du concept, on pourra tenir compte des nuances que l'on vient d'évoquer (et aborder concurremment des concepts tels que processus ou facteur) ou s'en tenir aux seuls mots-clés.

Comme le concept de transformation est très présent dans le cours de sciences, et pas seulement dans la croissance des plantes (cycle de l'eau, photosynthèse, changement de phase, etc.), nous croyons que l'enseignant de sciences ferait un bon investissement, même d'un strict point de vue monodisciplinaire, en le traitant en profondeur.


LE TRAITEMENT PÉDAGOGIQUE

Nous allons maintenant, comme nous l'avions fait pour Zone en géographie, illustrer comment le concept de Transformation peut être développé avec les élèves, selon chacune des trois approches précédemment présentées. Nous ne reprendrons évidemment pas, ici, les caractéristiques de chacune des approches, puisqu'elles ont été détaillées lors de l'exemple précédent.


L'approche centrée sur le concept (découverte)

A) Par analyse simultanée des exemples

Quel est le nom qui pourrait désigner à la fois:

Le premier exemple est là, bien sûr, pour éviter d'orienter les élèves vers un concept spécifique tel que comestible, par exemple. De même le premier et le dernier permettent d'exclure tout ce qui est relié exclusivement au vivant.

Les élèves, s'ils ne trouvent pas la réponse (Transformation) du premier coup, vont vraisemblablement s'orienter vers le concept de changement. C'est là que doit intervenir le contre-exemple:

Mais ça ne s'applique pas à un changement d'auto ou de vêtements.

Si les élèves suggèrent la durée (bref, tournent autour du concept de processus), il faudra mettre en évidence que le changement de l'eau en vapeur peut être instantané (si on laisse tomber une goutte d'eau sur un élément chaud, par exemple).

B) Par analyse progressive des exemples

Nous illustrons ici un scénario possible. Il est clair que l'enseignant devra improviser d'après les réponses fournies par les élèves.

Quel mot peut désigner le passage d'un bourgeon à la fleur?

  • Pousse, bien sûr.

Et si j'ajoute celui d'une larve à l'insecte adulte?

  • Ah! "Pousse" ne marche plus. Croissance. Développement.

Et si j'ajoute le changement de crème en beurre?

  • Changement.

Et si je dis que cela ne s'applique pas à un déménagement, qui est pourtant un changement?

  • ...

L'approche centrée sur la définition (formalisation)

Dans l'exemple qui nous occupe, la consigne de départ pourrait être la suivante:

Sachant que la croissance d'une plante, le passage d'un insecte de l'état d'oeuf à celui de larve, le changement d'eau en glace et la création de peinture verte par mélange de peinture bleue et de peinture jaune sont des transformations, comment pourrait-on définir une transformation? Qu'est-ce que cela prend pour qu'il y ait transformation?

Il est plausible que, au départ, les élèves s'orienteront vers le concept de changement. Le terme n'est pas à rejeter au départ, parce qu'une transformation est effectivement un changement. Il s'agit de récupérer les caractéristiques utiles (liées aux concepts temporels d'avant et d'après - état initial et état final). Par contre, il convient de spécifier en quoi une transformation est un changement particulier. Ici encore, il faudra faire jouer les contre-exemples (des changements qui ne sont pas des transformations) pour faire ressortir les notions de propriétés modifiées et d'invariants (ou propriétés conservées).

Une fois la définition élaborée, la récapitulation se fait en résumant cette définition en mots-clés et en appliquant systématiquement ceux-ci, à des fins de vérification, à chacun des exemples proposés. Chaque fiche de concept présente un exemple d'application, mais le travail de l'élève doit s'appliquer à chacun des exemples. Dans l'exemple qui nous occupe, outre l'application à la congélation de l'eau qui apparaît dans la fiche de concept, il faudrait poursuivre la vérification:

Création de la peinture verte:

Et ainsi de suite.


L'approche centrée sur les exemples (généralisation).

La consigne de départ pourrait être la suivante:

Nous savons qu'une transformation est un changement où un objet est différent à l'arrivée de ce qu'il était au départ, où certaines de ses caractéristiques ont été modifiées, mais où d'autres sont demeurées telles quelles. Nous avons vu, par exemple, que la chenille se transforme en papillon, mais qu'il s'agit toujours du même insecte.

Pouvez-vous, d'abord, citer d'autres exemples de transformations que l'on peut rencontrer en sciences?

Notons qu'ici encore, les exemples sont d'abord demandés dans la discipline initiale (ici, les sciences): cela permet de consolider les notions disciplinaires acquises - l'enseignant reste avant tout, il ne faut pas l'oublier, un enseignant d'écologie .

Il est essentiel qu'à chaque exemple proposé par les élèves, l'on procède à une vérification de l'exemple à l'aide des mots-clés avant de déclarer l'exemple valable:

Est-ce qu'il y a un changement entre l'état de départ et l'état final? Qu'est-ce qui a changé? Qu'est-ce qui n'a pas changé?

On attend donc diverses réponses pertinentes aux phénomènes étudiés en sciences. Outre ceux qui ont déjà été mentionnés précédemment (croissance d'une plante ou d'un animal), on peut mentionner la transformation de déchets organiques en compost, celle de l'eau et de l'énergie solaire en oxygène et en sucres lors de la photosynthèse, celle de l'énergie combustible en chaleur, celles intervenant dans la production alimentaire, etc.

L'étape suivante consiste à faire effectuer le transfert transdisciplinaire.

En arts, maintenant, voyez-vous des transformations?

Nous avions déjà donné l'exemple du mélange de couleurs. Mais la transformation du matériau brut (glaise, bois, etc.) en représentation par l'artiste (l'oeuvre) est l'exemple par excellence à faire découvrir.

Et en mathématique, peut-on transformer des figures géométriques?

Les transformations géométriques proprement dites (réflexion, translation, rotation) ne seront abordées qu'au 2e cycle. Inutile donc d'essayer de faire sortir ces concepts spécifiques. Mais on peut faire découvrir intuitivement, par exemple, qu'en déformant un rectangle, on le transforme en parallélogramme (où les angles sont modifiés, et les côtés, invariants).

De même, si l'on sort du domaine de la géométrie, on pourra faire découvrir qu'une expression mathématique telle que [2+3=5] peut être transformée, par exemple, en [3=5-2], où les signes changent, et où l'équivalence reste invariante.

Et en français, si je pars d'une phrase telle que "Paul frappe la balle", comment pourrait-on la transformer?

Ici, c'est le message qui doit demeurer invariant. Des phrases telles que La balle est frappée par Paul. ou Paul cogne la balle. ou encore Paul frappe fermement la balle. sont de bons exemples de transformations, alors que des phrases comme Paul ne frappe pas la balle. ou Pierre frappe la balle. ne sont pas acceptables.

On peut poursuivre, si on le désire, en demandant aux élèves de trouver des exemples dans la vie courante. On peut ainsi leur demander d'énumérer les transformations intervenant dans la préparation d'un repas, dans la construction d'une maquette, dans les réglages d'un système de son ou d'un écran de télévision, etc.

Note: pour prendre connaissance d'un exemple similaire, mais en géographie, cliquer ICI.

PORTÉE ET LIMITES DE L'EXPLOITATION PÉDAGOGIQUE DES CONCEPTS

L'exemple que nous venons de détailler est, somme toute, très simple: nous n'avons, pour les fins de l'analyse et de l'illustration, exploité que le concept de Transformation. Celui de Processus, qui lui est étroitement associé, devrait faire l'objet d'un traitement concurrent. Les concepts de Propriété et d'Aspect, qui caractérisent les états initial, intermédiaires et final d'une transformation pourraient également faire l'objet d'un développement particulier. Le concept d'État est, lui aussi, pratiquement incontournable pour éclairer celui de Transformation.

Ce constat appelle une autre mise en garde.


LA MODÉRATION A BIEN MEILLEUR GOÛT.

Une fois que l'on a découvert les possibilités nombreuses et l'efficacité indéniable de l'enseignement explicite des concepts à l'intérieur d'un cours, il faut résister à la tentation d'user la formule et de l'employer à toutes les sauces, pour chacun des élémets de contenu. Tout d'abord, le temps ne le permettrait pas, ce qui est déjà un incitatif à la parcimonie. Ensuite, les élèves finiraient par s'en lasser, comme ils se lassent de tout ce qui devient une recette ou une habitude: on perdrait le goût de la découverte et l'impression d'intelligence indispensables à ce type de démarche. Et finalement, il importe de se coordonner avec ses collègues des autres disciplines: si certains d'entre eux utilisent la même méthode, il faudrait cibler les concepts à creuser dans chaque matière et se les répartir. Et puis, il n'est nécessaire de couvrir tous les concepts en une seule année: l'important, c'est de développer chez l'élève un mode de pensée, une tournure d'esprit. Cela fait, faisons confiance à son intelligence pour, avec les stimulations nécessaires, apprendre à penser de mieux en mieux.

Il est donc à conseiller à l'enseignant de cibler, en élaborant sa planification annuelle, quelques concepts généraux dont l'exploitation se prête particulièrement bien à son cours. Et de faire de même avec les concepts spécifiques, qui, rappelons-le, appartiennent exclusivement à son programme. Mieux vaut concentrer ses efforts sur un petit nombre d'objets et en faire un traitement rigoureux et complet que d'en effleurer une multitude avec l'intention de "couvrir" pour, finalement, ne plus rien laisser à "découvrir".

Traiter un concept en profondeur, c'est amener l'élève à l'élucider en utilisant l'une ou l'autre des démarches que nous venons de décrire. Mais c'est aussi faire des rappels lorsque l'occasion s'en présente, y revenir plus d'une fois. C'est par la répétition que des habitudes de pensée s'établissent et se consolident; la plus belle activité d'apprentissage sur les concepts, si on ne la fait qu'une fois et qu'on n'y revient plus jamais, n'aura pas de suites cognitives durables. Et c'est pourtant ce que l'on cherche.


UN PRÉALABLE À L'ACTIVITÉ D'APPRENTISSAGE

De plus, ne perdons pas de vue que ce qui vient d'être décrit, ce sont des démarches pédagogiques, et non pas des activités d'apprentissage. Quelle mise en situation faut-il prévoir? Les élèves travailleront-ils seuls, en équipes ou tout le groupe ensemble? Assignera-t-on à des élèves la tâche de formuler des hypothèses et à d'autres la tâche de les critiquer? Comment se feront les mises en commun? Munira-t-on les élèves de grilles, de codes de couleurs, de symboles? Fera-t-on appel à des supports graphiques (matrices, organigrammes) ou audiovisuels? Autant de questions qui relèvent de la préparation immédiate de l'activité, qu'il ne faut pas confondre avec le traitement de l'objet et le choix de l'approche.


ET L'ÉVALUATION?

Une dernière mise en garde, en terminant.

L'enseignement des concepts est un outil d'enseignement, et non pas un objet d'évaluation. Il vise à aider l'élève à acquérir une maîtrise plus large et plus profonde des objectifs de son programme. Et ce sont ceux-là qu'il faut évaluer. Ce serait dénaturer l'outil que de faire mémoriser, par exemple, aux élèves des fiches de concepts et d'inclure des questions à cet effet dans un examen.

Mais si le lecteur s'est rendu jusqu'ici et que ce Guide d'intégration lui a donné l'envie d'expérimenter une telle approche dans son cours pour donner une meilleure formation intellectuelle à ses élèves, c'est sans doute, espérons-le, une idée qui ne lui serait même pas venue à l'esprit.


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