PISA Culture scientifique1 Les acquis des élèves de 15 ans Premiers résultats de lévaluation internationale PISA 2006

PISA Culture scientifique2 PISA 2006 PISA (Programme pour le Suivi des Acquis des Élèves) enquête internationale pilotée par lOCDE 57 pays participants en 2006 : 30 pays de lOCDE + 27 pays partenaires Population visée : les élèves de 15 ans, i.e. la fin de la scolarité obligatoire dans la plupart des pays participants.

PISA Culture scientifique3 Échantillon français : 4700 élèves

PISA Culture scientifique4 Le domaine majeur de cette évaluation est la culture scientifique Le domaine majeur de cette évaluation est la culture scientifique. On arrive au bout dun cycle de 3 enquêtes qui ont vu successivement la compréhension de lécrit (2000), la culture mathématique (2003) et culture scientifique (2006) constituer le domaine majeur de cette évaluation. Cette approche cyclique permet de réaliser une analyse approfondie des acquis tous les neuf ans. Ainsi en 2009 un nouveau cycle commencera avec la compréhension de lécrit comme domaine majeur. On arrive au bout dun cycle de 3 enquêtes qui ont vu successivement la compréhension de lécrit (2000), la culture mathématique (2003) et culture scientifique (2006) constituer le domaine majeur de cette évaluation. Cette approche cyclique permet de réaliser une analyse approfondie des acquis tous les neuf ans. Ainsi en 2009 un nouveau cycle commencera avec la compréhension de lécrit comme domaine majeur.

PISA Culture scientifique5 PISA 2006 Cette enquête vise à déterminer dans quelle mesure les élèves de 15 ans sont préparés à relever les défis que lavenir leur réserve. Cette évaluation dépasse le cadre strictement scolaire pour mesurer la capacité des élèves à utiliser leurs connaissances dans des situations de la vie quotidienne. (ne sappuie pas sur les programmes nationaux)

PISA Culture scientifique6 Évaluation de la culture scientifique dans PISA au travers dexercices : sappuyant sur des situations de la vie quotidienne

PISA Culture scientifique7 Évaluation de la culture scientifique dans PISA ne se rapportant pas à une discipline affichée. PLUIES ACIDES La photo ci-dessous montre des statues appelées cariatides, qui ont été érigées sur lAcropole dAthènes il y a plus de ans. Les statues sont sculptées dans du marbre (un type de roche). Le marbre est composé de carbonate de calcium. En 1980, les statues originales, qui étaient rongées par les pluies acides, ont été transportées à lintérieur du musée de lAcropole et remplacées par des copies.

PISA Culture scientifique8 Les exercices posés découlent dun compromis sur ce qui est considéré, au niveau international, comme nécessaire au futur citoyen. «Les connaissances, les savoir-faire, les compétences et les autres caractéristiques des individus qui sont pertinentes pour son bien-être personnel, social et économique.» Les exercices posés découlent dun compromis sur ce qui est considéré, au niveau international, comme nécessaire au futur citoyen. «Les connaissances, les savoir-faire, les compétences et les autres caractéristiques des individus qui sont pertinentes pour son bien-être personnel, social et économique.»

PISA Culture scientifique9 La culture scientifique dans PISA Les connaissances scientifiques de lindividu et sa capacité à les utiliser pour : identifier les questions auxquelles la science peut apporter une réponse, acquérir de nouvelles connaissances, expliquer des phénomènes scientifiques, tirer des conclusions fondées sur des faits à propos de questions à caractère scientifique. La compréhension des éléments caractéristiques de la science en tant que forme de recherche et de connaissance humaines. La conscience du rôle de la science et de la technologie dans la constitution de notre environnement matériel, intellectuel et culturel. La volonté de sengager en qualité de citoyen réfléchi à propos de problèmes à caractère scientifique et touchant à des notions relatives à la science. Les connaissances scientifiques de lindividu et sa capacité à les utiliser pour : identifier les questions auxquelles la science peut apporter une réponse, acquérir de nouvelles connaissances, expliquer des phénomènes scientifiques, tirer des conclusions fondées sur des faits à propos de questions à caractère scientifique. La compréhension des éléments caractéristiques de la science en tant que forme de recherche et de connaissance humaines. La conscience du rôle de la science et de la technologie dans la constitution de notre environnement matériel, intellectuel et culturel. La volonté de sengager en qualité de citoyen réfléchi à propos de problèmes à caractère scientifique et touchant à des notions relatives à la science.

PISA Culture scientifique10 Dans lenseignement français La culture scientifique sappuie sur un ancrage disciplinaire fort. Lélève construit sa culture scientifique progressivement au travers de programmes enseignés dans des disciplines différentes fortement identifiées dans les emplois du temps (SVT, physique chimie, technologie, géographie). Cette culture est évaluée dans PISA au travers ditems ayant un ancrage par domaine : systèmes vivants, systèmes physiques, système de la Terre et de lunivers et systèmes technologiques. La culture scientifique sappuie sur un ancrage disciplinaire fort. Lélève construit sa culture scientifique progressivement au travers de programmes enseignés dans des disciplines différentes fortement identifiées dans les emplois du temps (SVT, physique chimie, technologie, géographie). Cette culture est évaluée dans PISA au travers ditems ayant un ancrage par domaine : systèmes vivants, systèmes physiques, système de la Terre et de lunivers et systèmes technologiques.

PISA Culture scientifique11

PISA Culture scientifique12 Distribution des élèves Les élèves, en fonction de leurs scores, sont placés sur une échelle qui comporte 6 niveaux (le niveau 6 est le niveau le plus élevé, le 1 celui le moins élevé). Les items sont classés en 6 niveaux de difficulté. Des élèves natteignent pas le niveau 1 de léchelle. Léchelle est construite de manière à avoir la moyenne fixée à 500 points avec 2/3 des élèves de lOCDE compris entre 400 et 600 points. Les élèves, en fonction de leurs scores, sont placés sur une échelle qui comporte 6 niveaux (le niveau 6 est le niveau le plus élevé, le 1 celui le moins élevé). Les items sont classés en 6 niveaux de difficulté. Des élèves natteignent pas le niveau 1 de léchelle. Léchelle est construite de manière à avoir la moyenne fixée à 500 points avec 2/3 des élèves de lOCDE compris entre 400 et 600 points.

PISA Culture scientifique13 Échelle globale de culture scientifique Elle est construite à partir des 103 items évaluant des compétences et des connaissances. Distribution des élèves sur léchelle globale de culture scientifique

PISA Culture scientifique14 Les connaissances évaluées dans PISA PISA attend dune éducation scientifique qu elle apporte des connaissances scientifiques regroupant à la fois des connaissances en sciences et des connaissances à propos de la science PISA attend dune éducation scientifique qu elle apporte des connaissances scientifiques regroupant à la fois des connaissances en sciences et des connaissances à propos de la science Connaissances à propos de la science Aptitude à mener un raisonnement scientifique Connaissances en sciences Connaissance du monde naturel La démarche scientifique (comment les chercheurs obtiennent leurs données) Les explications scientifiques (comment les chercheurs exploitent leurs données) Connaissances des notions, des concepts dans différentes disciplines (Physique chimie, SVT, technologie et même géographie) France 507 pointsFrance 478 points

PISA Culture scientifique15 Des résultats différents selon la catégorie de connaissances score moyen France score moyen OCDE connaissances à propos de la science Connaissances en sciences Systèmes vivants Systèmes physiques Systèmes de la Terre et de lunivers

PISA Culture scientifique16 Les compétences Selon PISA les compétences sont des processus qui sont spécifiques à la science et à la recherche scientifique. Elles mobilisent des connaissances à propos de la science et des compétences en sciences. Trois compétences sont définies dans PISA. Une échelle a été construite pour chacune delles. Selon PISA les compétences sont des processus qui sont spécifiques à la science et à la recherche scientifique. Elles mobilisent des connaissances à propos de la science et des compétences en sciences. Trois compétences sont définies dans PISA. Une échelle a été construite pour chacune delles. 1. Identifier des questions dordre scientifique 2. Expliquer des phénomènes de manière scientifique 3. Utiliser des faits scientifiques 1. Identifier des questions dordre scientifique 2. Expliquer des phénomènes de manière scientifique 3. Utiliser des faits scientifiques

PISA Culture scientifique17 Répartition des 3 compétences dans les 2 catégories de connaissances 2 catégories de connaissances À propos de la science En sciences 3 compétences identifier des questions d'ordre scientifique 23 items expliquer des phénomènes de manière scientifique 48 items utiliser des faits scientifiques22 items9 items

PISA Culture scientifique18 Identifier des questions dordre scientifique La compétence didentification des questions dordre scientifique suppose une capacité à : (La moitié des items de la catégorie connaissances à propos de la science) A. reconnaître les questions qui peuvent faire lobjet de recherches scientifiques dans une situation donnée. B. déterminer les caractéristiques essentielles dune démarche dinvestigation scientifique (comparaison des données, choix des paramètres à faire varier, recueil pertinent des données …). Des résultats dans la moyenne de lOCDE A. reconnaître les questions qui peuvent faire lobjet de recherches scientifiques dans une situation donnée. B. déterminer les caractéristiques essentielles dune démarche dinvestigation scientifique (comparaison des données, choix des paramètres à faire varier, recueil pertinent des données …). Des résultats dans la moyenne de lOCDE

PISA Culture scientifique19 Distribution des élèves sur léchelle de cette compétence

PISA Culture scientifique20 Item de niveau 3 sur léchelle, % de réussite France : 61.2 % de réussite moyenne OCDE : 61.3 Item de niveau 3 sur léchelle, % de réussite France : 61.2 % de réussite moyenne OCDE : 61.3 Reconnaître les questions qui peuvent faire lobjet de recherches scientifiques dans une situation donnée Bien que les élèves français ne soient pas formés à ce type de raisonnement, ils ont en moyenne un pourcentage de réussite supérieur de 2 points à la moyenne de lOCDE

PISA Culture scientifique21 La compréhension dun protocole expérimental Identifier lexpérience «témoin » PLUIES ACIDES Un éclat de marbre a une masse de 2,0 grammes avant dêtre plongé dans du vinaigre pendant une nuit. Les élèves qui ont réalisé cette expérience ont également placé des éclats de marbre dans de leau pure (distillée) pendant une nuit. Expliquez pourquoi les élèves ont inclus cette étape dans leur expérience. Identifier lexpérience «témoin » PLUIES ACIDES Un éclat de marbre a une masse de 2,0 grammes avant dêtre plongé dans du vinaigre pendant une nuit. Les élèves qui ont réalisé cette expérience ont également placé des éclats de marbre dans de leau pure (distillée) pendant une nuit. Expliquez pourquoi les élèves ont inclus cette étape dans leur expérience. Item de niveau 6 sur léchelle, % de réussite France : 38,6 % de réussite moyenne OCDE : 35,5 Item de niveau 6 sur léchelle, % de réussite France : 38,6 % de réussite moyenne OCDE : 35,5

PISA Culture scientifique22 Est-ce que, dans létude, on a volontairement fait varier ce facteur ? Oui ou Non ? Le nombre dinsectes dans lenvironnementOui / Non Les types dherbicide utilisésOui / Non La compréhension dun protocole expérimental Repérer le facteur qui varie CULTURES GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉES Après avoir lu un article décrivant létude de deux types dherbicides dans des cultures de maïs « normal » et des cultures de maïs génétiquement modifié, les élèves doivent répondre à la question suivante : Dans létude scientifique mentionnée par larticle, quels sont les facteurs quon a volontairement fait varier ? Entourez « Oui » ou « Non » pour chacun des facteurs suivants. CULTURES GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉES Après avoir lu un article décrivant létude de deux types dherbicides dans des cultures de maïs « normal » et des cultures de maïs génétiquement modifié, les élèves doivent répondre à la question suivante : Dans létude scientifique mentionnée par larticle, quels sont les facteurs quon a volontairement fait varier ? Entourez « Oui » ou « Non » pour chacun des facteurs suivants. Item de niveau 2 sur léchelle. % de réussite France : 72,2 % de réussite moyenne OCDE : 61,0 Item de niveau 2 sur léchelle. % de réussite France : 72,2 % de réussite moyenne OCDE : 61,0

PISA Culture scientifique23 La compréhension dun protocole expérimental Multiplier les expériences pour avoir un résultat valide Item de niveau 2 sur léchelle, % de réussite France : 58,5 % de réussite OCDE : 73,6 Item de niveau 2 sur léchelle, % de réussite France : 58,5 % de réussite OCDE : 73,6 A.Afin que de nombreux agriculteurs puissent essayer le nouveau maïs OGM. B.Pour voir quelle quantité de maïs OGM ils pourraient cultiver. C.Pour recouvrir le plus de terrain possible avec des cultures OGM. D.Pour inclure diverses conditions de culture du maïs. On a semé du maïs dans 200 champs à travers le pays. Pourquoi les scientifiques ont-ils utilisé plus dun site ?

PISA Culture scientifique24 Expliquer des phénomènes de manière scientifique Pour cette compétence les élèves doivent : Être capables dutiliser les connaissances qui conviennent dans une situation donnée. pouvoir décrire ou interpréter des phénomènes en sappuyant sur leurs connaissances. Les résultats des élèves français avec un score moyen de 481 se situent significativement en dessous de la moyenne de lOCDE qui est fixée à 500.

PISA Culture scientifique25 Distribution des élèves français sur léchelle

PISA Culture scientifique26 Item de niveau 2 sur léchelle. % de réussite France : 49,7 % de réussite moyenne OCDE : 67,6 Item de niveau 2 sur léchelle. % de réussite France : 49,7 % de réussite moyenne OCDE : 67,6 Cest dans le système des sciences de la Terre et de lunivers que les résultats des élèves français sont les plus faibles GRAND CANYON La température dans le Grand Canyon varie de moins de 0 o C à plus de 40 o C. Bien que la zone soit désertique, les fissures de la roche contiennent parfois de leau. De quelle façon ces changements de température et leau dans les fissures contribuent-elles à accélérer leffritement de la roche ? A En gelant, leau dissout les roches chaudes. B Leau cimente les roches entre elles. C La glace polit la surface des roches. D En gelant, leau se dilate dans les fissures de la roche.

PISA Culture scientifique27 La réussite des élèves français dans la catégorie des systèmes vivants est semblable à celle de lOCDE. EXERCICE PHYSIQUE Pourquoi doit-on respirer plus fort quand on fait un exercice physique que quand notre corps est au repos ? La réussite des élèves français dans la catégorie des systèmes vivants est semblable à celle de lOCDE. EXERCICE PHYSIQUE Pourquoi doit-on respirer plus fort quand on fait un exercice physique que quand notre corps est au repos ? Réussite supérieure de 30 points dans la catégorie des systèmes vivants Item de niveau 4 sur léchelle, % de réussite France 49,5 % de réussite OCDE 45,1 Item de niveau 4 sur léchelle, % de réussite France 49,5 % de réussite OCDE 45,1

PISA Culture scientifique28 Utiliser des faits scientifiques Les élèves doivent : donner du sens aux résultats scientifiques pour étayer des thèses ou des conclusions. être capables daccéder à des informations scientifiques (des faits ou données présentées sous différentes formes : tableaux, graphiques, schémas, texte, résultats dexpériences …) et de produire des conclusions et des arguments fondés sur ces données. les élèves français, avec un score moyen de 511 points, sont significativement au-dessus de la moyenne de lOCDE qui est fixée à 499 points Les élèves doivent : donner du sens aux résultats scientifiques pour étayer des thèses ou des conclusions. être capables daccéder à des informations scientifiques (des faits ou données présentées sous différentes formes : tableaux, graphiques, schémas, texte, résultats dexpériences …) et de produire des conclusions et des arguments fondés sur ces données. les élèves français, avec un score moyen de 511 points, sont significativement au-dessus de la moyenne de lOCDE qui est fixée à 499 points

PISA Culture scientifique29 Distribution des élèves sur léchelle

PISA Culture scientifique30 Analyse qualitative et quantitative dun graphique

PISA Culture scientifique31 Un point fort des élèves français EFFET DE SERRE Q 1 : Qu'est-ce qui, dans ces graphiques, confirme la conclusion dAndré ? Q 2 : Jeanne, une autre élève, nest pas daccord avec la conclusion dAndré. Elle compare les deux graphiques et dit que certaines parties de ceux-ci ne confirment pas sa conclusion. Donnez un exemple, en citant une partie de ces graphiques qui ne confirme pas la conclusion dAndré. Expliquez votre réponse. Item de niveau 4 sur léchelle, % de réussite France 64,1 % de réussite OCDE 53,9 Item de niveau 4 sur léchelle, % de réussite France 64,1 % de réussite OCDE 53,9 Item de niveau 4 sur léchelle, % de réussite France 43,7 % de réussite OCDE 34,5 Item de niveau 4 sur léchelle, % de réussite France 43,7 % de réussite OCDE 34,5

PISA Culture scientifique32 Compétence : utiliser des faits scientifiques Catégorie : connaissance en sciences Compétence : utiliser des faits scientifiques Catégorie : connaissance en sciences

PISA Culture scientifique33 Identifier des questions dordre scientifique Expliquer des phénomènes de manière scientifique Utiliser des faits scientifiques

PISA Culture scientifique34 Le taux de non réponses aux questions ouvertes (16.6) est supérieur à celui de la moyenne de lOCDE (12.9)

PISA Culture scientifique35 Points fortsPoints faibles Lecture et analyse qualitative et quantitative de données issues dun graphique Compréhension des protocoles expérimentaux : identification du facteur étudié et connaissance du rôle de lexpérience témoin Protocoles expérimentaux : les élèves bien souvent ne perçoivent pas la nécessité de multiplier les prises dinformations lors dune expérience Des savoirs enseignés mal maîtrisés notamment en géologie Lecture et passage à lécrit Difficultés pour sortir du cadre scolaire Cette enquête a révélé une forte dispersion des élèves. Les échelles montrent quil y a une forte proportion délèves faibles (en dessous du niveau 1) (6.6 % en France alors quil y en a 5.2 % au niveau de lOCDE).

PISA Culture scientifique36 Différences filles garçons Si on considère lensemble de la culture scientifique il ny a pas de différences Cependant des différences apparaissent selon les compétences Si on considère lensemble de la culture scientifique il ny a pas de différences Cependant des différences apparaissent selon les compétences

PISA Culture scientifique37 Lattitude des élèves envers les sciences Á coté des aspects cognitifs, des aspects affectifs de la culture scientifique sont sondés dans PISA Pour cela cette enquête a adopté une approche novatrice pour évaluer les attitudes des élèves envers la science en intégrant des items dits « dattitudes » dans les cahiers dévaluation. Ces informations sont complétées par un questionnaire contextuel proposé aux élèves à la suite de la passation de lépreuve cognitive. PISA évalue les attitudes des élèves sous trois aspects : lintérêt pour les sujets à caractère scientifique, la valeur accordée à la science et le sens des responsabilités à légard des ressources et de lenvironnement. Á coté des aspects cognitifs, des aspects affectifs de la culture scientifique sont sondés dans PISA Pour cela cette enquête a adopté une approche novatrice pour évaluer les attitudes des élèves envers la science en intégrant des items dits « dattitudes » dans les cahiers dévaluation. Ces informations sont complétées par un questionnaire contextuel proposé aux élèves à la suite de la passation de lépreuve cognitive. PISA évalue les attitudes des élèves sous trois aspects : lintérêt pour les sujets à caractère scientifique, la valeur accordée à la science et le sens des responsabilités à légard des ressources et de lenvironnement.

PISA Culture scientifique38 Item évaluant lintérêt pour les sujets à caractères scientifiques

PISA Culture scientifique39 Sentiment defficacité personnel En France, les filles ont un sentiment defficacité personnel dans le domaine scientifique inférieur à celui déclaré par les garçons, cet écart est un peu plus prononcé que dans la moyenne de lOCDE. Les filles, dans les mêmes proportions que dans la moyenne des pays de lOCDE, disent se sentir moins compétentes que les garçons. En France, les filles ont un sentiment defficacité personnel dans le domaine scientifique inférieur à celui déclaré par les garçons, cet écart est un peu plus prononcé que dans la moyenne de lOCDE. Les filles, dans les mêmes proportions que dans la moyenne des pays de lOCDE, disent se sentir moins compétentes que les garçons.

PISA Culture scientifique40 Attitudes envers les sciences Les élèves français reconnaissent avoir une certaine méfiance vis à vis de la science quils ne considèrent pas forcément comme étant bénéfique pour lhomme ou pour la société. Cependant ils ont, dans lensemble, du plaisir à faire des sciences même sils nenvisagent pas pour autant de poursuivre des études scientifiques. Les élèves français reconnaissent avoir une certaine méfiance vis à vis de la science quils ne considèrent pas forcément comme étant bénéfique pour lhomme ou pour la société. Cependant ils ont, dans lensemble, du plaisir à faire des sciences même sils nenvisagent pas pour autant de poursuivre des études scientifiques.

PISA Culture scientifique41 Il y a une forte corrélation entre les scores obtenus, lintérêt porté à la science et le projet de poursuivre des études dans le domaine scientifique. Les élèves disent être concernés par les problèmes environnementaux et ceci quel que soit le niveau et le milieu socioéconomique de lélève. Ceux dont les scores sont élevés sont ceux qui prennent le plus conscience des phénomènes liés au développement durable et qui, dans le même temps, se disent pessimistes quand à la résolution de ces problèmes. Il y a une forte corrélation entre les scores obtenus, lintérêt porté à la science et le projet de poursuivre des études dans le domaine scientifique. Les élèves disent être concernés par les problèmes environnementaux et ceci quel que soit le niveau et le milieu socioéconomique de lélève. Ceux dont les scores sont élevés sont ceux qui prennent le plus conscience des phénomènes liés au développement durable et qui, dans le même temps, se disent pessimistes quand à la résolution de ces problèmes.

PISA Culture scientifique42 Meilleurs en raisonnements scientifiques que dans lutilisation des connaissances Les résultats en culture scientifique sont globalement proches de ceux de lOCDE même si la distribution des élèves français le long des échelles est un peu plus importante. Les élèves français sont moins nombreux (78,9 %) que la moyenne des élèves de lOCDE (80,7 %) à atteindre le niveau 2 qui correspond à des capacités à mobiliser des compétences et des connaissances pour aborder les problèmes liés aux sciences et à la technologie dans leur vie future. Ceci a tendance à tirer les résultats de la France vers le bas de léchelle globale. Si lon observe une forte disparité des résultats entre les différentes compétences, cette enquête révèle cependant que les élèves français réussissent mieux dans le domaine des raisonnements scientifiques que dans celui faisant appel à une utilisation des connaissances. Les résultats en culture scientifique sont globalement proches de ceux de lOCDE même si la distribution des élèves français le long des échelles est un peu plus importante. Les élèves français sont moins nombreux (78,9 %) que la moyenne des élèves de lOCDE (80,7 %) à atteindre le niveau 2 qui correspond à des capacités à mobiliser des compétences et des connaissances pour aborder les problèmes liés aux sciences et à la technologie dans leur vie future. Ceci a tendance à tirer les résultats de la France vers le bas de léchelle globale. Si lon observe une forte disparité des résultats entre les différentes compétences, cette enquête révèle cependant que les élèves français réussissent mieux dans le domaine des raisonnements scientifiques que dans celui faisant appel à une utilisation des connaissances.