III. LA DEMARCHE D’INVESTIGATION

Dans la continuité de l’école primaire, les programmes du collège privilégient pour les disciplines scientifiques et la technologie une démarche d’investigation. Comme l’indiquent les modalités décrites ci-dessous, cette démarche n’est pas unique. Elle n’est pas non plus exclusive et tous les objets d’étude ne se prêtent pas également à sa mise en œuvre. Une présentation par l’enseignant est parfois nécessaire, mais elle ne doit pas, en général, constituer l’essentiel d’une séance dans le cadre d’une démarche qui privilégie la construction du savoir par l’élève. Il appartient au professeur de déterminer les sujets qui feront l'objet d'un exposé et ceux pour lesquels la mise en œuvre d'une démarche d'investigation est pertinente.

La démarche d’investigation présente des analogies entre son application au domaine des sciences expérimentales et à celui des mathématiques. La spécificité de chacun de ces domaines, liée à leurs objets d’étude respectifs et à leurs méthodes de preuve, conduit cependant à quelques différences dans la réalisation. Une éducation scientifique complète se doit de faire prendre conscience aux élèves à la fois de la proximité de ces démarches (résolution de problèmes, formulation respectivement d’hypothèses explicatives et de conjectures) et des particularités de chacune d’entre elles, notamment en ce qui concerne la validation, par l’expérimentation d’un côté, par la démonstration de l’autre.

Repères pour la mise en œuvre

1. Divers aspects d’une démarche d’investigation

Cette démarche s’appuie sur le questionnement des élèves sur le monde réel (en sciences expérimentales et en technologie) et sur la résolution de problèmes (en mathématiques). Les investigations réalisées avec l’aide du professeur, l’élaboration de réponses et la recherche d’explications ou de justifications débouchent sur l’acquisition de connaissances, de compétences méthodologiques et sur la mise au point de savoir-faire techniques.

Dans le domaine des sciences expérimentales et de la technologie, chaque fois qu’elles sont possibles, matériellement et déontologiquement, l'observation, l’expérimentation ou l’action directe par les élèves sur le réel doivent être privilégiées.

Une séance d’investigation doit être conclue par des activités de synthèse et de structuration organisées par l’enseignant, à partir des travaux effectués par la classe. Celles-ci portent non seulement sur les quelques notions, définitions, résultats et outils de base mis en évidence, que les élèves doivent connaître et peuvent désormais utiliser, mais elles sont aussi l’occasion de dégager et d’expliciter les méthodes que nécessite leur mise en oeuvre.

2. Canevas d’une séquence d’investigation

Ce canevas n’a pas la prétention de définir « la » méthode d’enseignement, ni celle de figer de façon exhaustive un déroulement imposé. Une séquence est constituée en général de plusieurs séances relatives à un même sujet d’étude.

Par commodité de présentation, sept moments essentiels ont été identifiés. L’ordre dans lequel ils se succèdent ne constitue pas une trame à adopter de manière linéaire. En fonction des sujets, un aller et retour entre ces moments est tout à fait souhaitable, et le temps consacré à chacun doit être adapté au projet pédagogique de l’enseignant.

Les modes de gestion des regroupements d’élèves, du binôme au groupe-classe selon les activités et les objectifs visés, favorisent l’expression sous toutes ses formes et permettent un accès progressif à l’autonomie.

La spécificité de chaque discipline conduit à penser différemment, dans une démarche d'investigation, le rôle de l'expérience et le choix du problème à résoudre. Le canevas proposé doit donc être aménagé pour chaque discipline.

Le choix d'une situation - problème:

- analyser les savoirs visés et déterminer les objectifs à atteindre ;

- repérer les acquis initiaux des élèves ;

- identifier les conceptions ou les représentations des élèves, ainsi que les difficultés persistantes (analyse d'obstacles cognitifs et d’erreurs) ;

- élaborer un scénario d’enseignement en fonction de l’analyse de ces différents éléments.

L’appropriation du problème par les élèves :

Les élèves proposent des éléments de solution qui permettent de travailler sur leurs conceptions initiales, notamment par confrontation de leurs éventuelles divergences pour favoriser l’appropriation par la classe du problème à résoudre.

L’enseignant guide le travail des élèves et, éventuellement, l’aide à reformuler les questions pour s’assurer de leur sens, à les recentrer sur le problème à résoudre qui doit être compris par tous. Ce guidage ne doit pas amener à occulter ces conceptions initiales mais au contraire à faire naître le questionnement.

La formulation de conjectures, d’hypothèses explicatives, de protocoles possibles :

- formulation orale ou écrite de conjectures ou d’hypothèses par les élèves (ou les groupes) ;

- élaboration éventuelle d’expériences, destinées à tester ces hypothèses ou conjectures ;

- communication à la classe des conjectures ou des hypothèses et des éventuels protocoles expérimentaux proposés.

L’investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves :

- moments de débat interne au groupe d’élèves ;

- contrôle de l'isolement des paramètres et de leur variation, description et réalisation de l’expérience (schémas, description écrite) dans le cas des sciences expérimentales, réalisation en technologie ;

- description et exploitation des méthodes et des résultats ; recherche d’éléments de justification et de preuve, confrontation avec les conjectures et les hypothèses formulées précédemment.

L’échange argumenté autour des propositions élaborées :

- communication au sein de la classe des solutions élaborées, des réponses apportées, des résultats obtenus, des interrogations qui demeurent ;

- confrontation des propositions, débat autour de leur validité, recherche d’arguments ; en mathématiques, cet échange peut se terminer par le constat qu’il existe plusieurs voies pour parvenir au résultat attendu et par l’élaboration collective de preuves. L’acquisition et la structuration des connaissances :

- mise en évidence, avec l’aide de l’enseignant, de nouveaux éléments de savoir (notion, technique, méthode) utilisés au cours de la résolution,

- confrontation avec le savoir établi (comme autre forme de recours à la recherche documentaire, recours au manuel), en respectant des niveaux de formulation accessibles aux élèves, donc inspirés des productions auxquelles les groupes sont parvenus ;

- recherche des causes d’un éventuel désaccord, analyse critique des expériences faites et proposition d’expériences complémentaires,

- reformulation écrite par les élèves, avec l’aide du professeur, des connaissances nouvelles acquises en fin de séquence.

La mobilisation des connaissances :

- exercices permettant d’automatiser certaines procédures, de maîtriser les formes d’expression liées aux connaissances travaillées : formes langagières ou symboliques, représentations graphiques… (entraînement), liens ;

- nouveaux problèmes permettant la mise en œuvre des connaissances acquises dans de nouveaux contextes

(réinvestissement) ;

- évaluation des connaissances et des compétences méthodologiques