PROBLEME SITUATION-PROBLEME

« Un savoir ne se réduit jamais à l’établissement d’un énoncé, destiné à être mémorisé puis appliqué, même quand il s’accompagne d’observations et de manipulations. Il est d’abord le fruit de la résolution d’un problème délimité dont il constitue une réponse adaptée, et il présente pour cela, au début, un caractère ponctuel. » Jean-Pierre Astolfi, Brigitte Peterfalvi, Anne Vérin

? PROBLEME pédagogie de la réponse (ENSEIGNEMENT NORMATIF) le problème est le critère de l’apprentissage (ENSEIGNEMENT APPROPRIATIF) pédagogie de la situation-problème ? (ENSEIGNEMENT INCITATIF) pédagogie du problème PROBLEME le problème est le moyen de l’apprentissage le problème est le mobile de l’apprentissage

Ils ont écrit…

Il ne s’agit plus d’examiner ce qui fait question pour y apporter une réponse, mais de se formuler un problème à soi-même, en vue d’y chercher une solution. Cette solution n’est pas d’ordre matériel et concret (une difficulté résolue) mais d’ordre intellectuel (une sorte d’énigme élucidée). Si la solution d’un problème pragmatique conduit à la recherche de conditions maximum pour que « ça marche », la réponse au problème scientifique identifie l’action d’un facteur minimum (ou d’un petit nombre de facteurs) qui explique les observations, qui me fait dire « eurêka » : « j’ai compris ». Au premier cas correspond une diversité de recettes et de techniques qui changent pour chaque situation, au second le repérage d’un invariant, qu’on retrouvera inchangé dans un grand nombre d’exemples et qui fournira une explication générale. Jean-Pierre Astolfi, Brigitte Peterfalvi, Anne Vérin

Avant tout, il faut savoir poser des problèmes Avant tout, il faut savoir poser des problèmes. Les problèmes ne se posent pas d’eux-mêmes. C’est précisément ce sens du problème qui donne la marque du véritable esprit scientifique. Gaston Bachelard

Un problème appelle une investigation impliquant des observations et / ou des expérimentations qui conduiront au dégagement d’invariants. Si questions et problèmes impliquent tous les deux un questionnement et une réponse différée, seul le problème exige une démarche d’investigation et de construction. Parmi les problèmes, on distingue les problèmes existentiels ou empiriques qui débouchent sur des éléments de réponse spécifiques à la situation vécue et non généralisables et les problèmes scientifiques ou spéculatifs qui conduisent à des énoncés généralisables qui traduisent des relations.

 RESOLUTION ALGORITHMIQUE  RESOLUTION HEURISTIQUE P R O B L E M  RESOLUTION ALGORITHMIQUE mise en œuvre d’une succession ordonnée d’opérations (procédures) mentalement disponibles  RESOLUTION HEURISTIQUE élaboration de stratégies originales

LA RESOLUTION DU PROBLEME  Conduire les élèves à élaborer et à expliciter une représentation du problème.  Émettre des hypothèses fondées à propos des facteurs qui peuvent intervenir sur ce que l’on cherche et de la façon dont ils vont jouer.  Élaborer et expliciter des chemins de résolution.  Réaliser complètement un chemin de résolution, en expliquant ce qui est fait.  Analyser les résultats à la lumière des hypothèses.  Envisager des prolongements possibles.

RESOLUTION ALGORITHMIQUE LA RESOLUTION DU PROBLEME  Conduire les élèves à élaborer et à expliciter une représentation du problème.  Émettre des hypothèses fondées à propos des facteurs qui peuvent intervenir sur ce que l’on cherche et de la façon dont ils vont jouer.  Élaborer et expliciter des chemins de résolution.  Réaliser complètement un chemin de résolution, en expliquant ce qui est fait.  Analyser les résultats à la lumière des hypothèses.  Envisager des prolongements possibles. RESOLUTION ALGORITHMIQUE RESOLUTION HEURISTIQUE

Dans l’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre, la démarche pédagogique actuellement en usage, tant au Collège qu’au Lycée, est une démarche problématique et explicative. Elle nécessite de placer l’élève en activité d’investigation pour lui permettre de s’approprier plus efficacement les connaissances visées, par l’exercice de compétences variées. Ce type de démarche impose au professeur :  de mettre en place une séquence d’installation du ou des problèmes,  de prévoir les activités qui vont permettre de les résoudre,  de mettre en forme les productions réalisées pour dégager le savoir visé.

Comment passer d’un formalisme didactique, à la construction de questions ou de problèmes scientifiques réellement productifs?

LA FABRICATION PEDAGOGIQUE D’UN PROBLEME SCIENTIFIQUE

Émergence et formulation du problème PROBLEMATISATION Repérage du ou des éléments que l’on ne sait pas expliquer par les seules connaissances ou par les faits Prise en compte des prérequis Mobilisation des connaissances sur le sujet envisagé (acquis et représentations) INITIATION SUJET A TRAITER but à atteindre : connaissances visées et méthodes à mettre en place pour les faire acquérir

LA FABRICATION PEDAGOGIQUE D’UN PROBLEME SCIENTIFIQUE PAR LA PRISE EN COMPTE DES PREREQUIS

UN PREMIER EXEMPLE

L’activité interne du globe - 4ème CONNAISSANCES COMPETENCES La répartition des séismes et des manifestations volcaniques permet de délimiter des plaques Les variations de la vitesse des ondes sismiques en profondeur permettent de distinguer la lithosphère de l’asthénosphère. La partie externe de la Terre est formée de plaques lithosphériques rigides reposant sur l’asthénosphère qui l’est moins. Les plaques sont animées de mouvements qui transforment la lithosphère (formation de chaînes de montagnes, déplacement des continents, ouverture et fermeture des océans). À raison de quelques centimètres par an, les plaques se forment et s’écartent à l’axe des dorsales. Elle se rapprochent et s’enfouissent au niveau des fosses océaniques. L’affrontement des plaques engendre des déformations de la lithosphère et aboutit à la formation des chaînes de montagnes. Décrire les transformations de la lithosphère afin de construire les bases de la connaissance sur la tectonique globale

La partie externe de la Terre est formée de plaques animées d’un mouvement permanent.

Base de la lithosphère moins rigide Croûte rigide Base de la lithosphère moins rigide ASTHENOSPHERE LITHOSPHERE 70 Km sous les océans 150 Km sous les continents 6370 Km

CONTENUS – NOTIONS COMPETENCES Les séismes correspondent à des vibrations brutales du sous-sol qui se propagent. Ils résultent d’une rupture brutale des roches en profondeur et se manifestent par des déformations à la surface de la Terre. Des contraintes s’exerçant en permanence sur les roches conduisent à une accumulation d’énergie qui finit par provoquer leur rupture au niveau d’une faille : - le foyer du séisme est le lieu où se produit la rupture; à partir du foyer, la déformation se propage sous forme d’ondes sismiques enregistrables. Rechercher l’origine des séismes  Les séismes se produisent au sein de la lithosphère rigide entre 70 et 150 Km de profondeur.

Retour

Retour

Retour séismes jusqu’à 100 km de profondeur séismes compris entre 100 et 300 km de profondeur séismes au-delà de 300 km de profondeur Retour

Comment se fait-il que dans certaines zones, les épicentres des séismes dépassent 150 Km de profondeur ?

UN DEUXIEME EXEMPLE

Diversité et unité des êtres humains - 3ème CONNAISSANCES COMPETENCES Les cellules de l’organisme, à l’exception des gamètes, possèdent la même information génétique que la cellule-œuf dont elles proviennent par divisions successives. La division d’une cellule : -est préparée par la duplication de chacun de ses 46 chromosomes - se caractérise par la séparation des chromosomes obtenus, chacune des deux cellules formées recevant 23 paires de chromosomes identiques à ceux des cellules initiales. Expliquer la transmission de l’information génétique

23 paires de chromosomes dont 1 paire de chromosomes sexuels - CARYOTYPE -

divisions cellulaires cellule-œuf 23 paires de chromosomes : 44 + XX : 44 + XY divisions cellulaires 23 paires de chromosomes : 44 + XX : 44 + XY

Comment les cellules conservent-elles leur caryotype au cours des divisions cellulaires ?

LA FABRICATION PEDAGOGIQUE D’UN PROBLEME SCIENTIFIQUE PAR LA PRISE EN COMPTE DES REPRESENTATIONS

UN PREMIER EXEMPLE

Le fonctionnement du corps humain et la santé – cycle des approfondissements à l’école Primaire Les mouvements corporels (les muscles, les os du squelette, les articulations). Première approche des fonctions de nutrition : digestion, respiration et circulation sanguine. Reproduction de l’Homme et éducation à la sexualité. Hygiène et santé : actions bénéfiques ou nocives de nos comportements, notamment dans le domaine du sport, de l’alimentation, du sommeil.

Séance d’installation du ou des problèmes à résoudre Objectif : faire exprimer les conceptions des élèves et dégager un ou plusieurs problèmes

Phase 1 : durée 10 mn Modalités du travail : travail individuel Matériel : une silhouette de membre antérieur Consigne: Vous prenez votre règle posée sur le bord extérieur de votre bureau; en utilisant la silhouette distribuée, représentez comment vous imaginez l’intérieur de votre membre antérieur lorsque vous effectuez le mouvement demandé. Phase 2 : durée 15 mn Modalités du travail : travail coopératif Matériel : la silhouette de membre antérieur renseignée par chaque élève Consigne: Comparez vos productions, discutez-les et consignez dans un tableau leurs ressemblances et leurs différences.

Phase 3 : durée 5 mn Modalités du travail : travail collectif Matériel : la silhouette de membre antérieur renseignée par chaque élève Consigne: Faites une présentation rapide des ressemblances et des différences observées. Phase 4 : durée 15 mn Matériel : la silhouette de membre antérieur renseignée par chaque élève les tableaux des ressemblances et différences EMERGENGE DES QUESTIONS

Combien le membre antérieur contient-il d’os? Comment sont-ils disposés? Comment peuvent-ils se plier?

UN DEUXIEME EXEMPLE

La transmission de la vie chez l’Homme – 4ème CONNAISSANCES L’être humain devient apte à se reproduire à la puberté. Durant la puberté, les caractères sexuels secondaires apparaissent, les organes génitaux du garçon et de la fille deviennent fonctionnels. À partir de la puberté, le fonctionnement des organes reproducteurs est continu chez l’homme, cyclique chez la femme jusqu’à la ménopause. Les testicules produisent des spermatozoïdes, de façon continue. À chaque cycle (de 28 jours en moyenne), un des ovaires libère un ovule. A chaque cycle, la couche superficielle de la paroi de l’utérus s’épaissit puis est éliminée : c’est l’origine des règles. L’embryon humain résulte de la fécondation, puis de divisions de la cellule œuf qui se produisent dans les heures suivant un rapport sexuel. Lors du rapport sexuel, les spermatozoïdes sont déposés au niveau du vagin. La fécondation a lieu dans les trompes : elle est interne. L’embryon s’implante, la couche superficielle de la paroi utérine n’est pas éliminée : les règles ne se produisent pas, c’est un des premiers signes de la grossesse. Des échanges entre l’organisme maternel et le fœtus permettant d’assurer ses besoins sont réalisés au niveau du placenta : il représente une grande surface richement vascularisée. Lors de l’accouchement des contractions utérines permettent la naissance de l’enfant.

Séance d’installation du ou des problèmes à résoudre Objectif : faire exprimer les conceptions des élèves et dégager un ou plusieurs problèmes

Phase 1 : durée 20 mn Modalités du travail : travail individuel Matériel : deux silhouettes de femme, notées A et B Consigne: Vous savez tous que le bébé à naître grandit dans le ventre de sa maman. Dans la silhouette A, représentez comment il s’alimente et dans la silhouette B comment il respire.

S’ALIMENTER

RESPIRER

Phase 2 : durée 10 mn Modalités du travail : travail collectif Matériel : vidéogramme : dessin animé de l’accouchement (rupture de la poche des eaux, naissance et section du cordon ombilical, expulsion du placenta avec l’autre extrémité du cordon ombilical) Consigne: Quelles informations nous apporte le vidéogramme sur le lieu où grandit le futur bébé et sur la présence supposée par beaucoup d’entre vous de tubes alimentaires et nutritifs?

Si ces tubes alimentaires et respiratoires n’existent pas, alors comment s’effectue la croissance du fœtus dans l’utérus de sa mère?

Phase 3 : durée 5 mn Modalités du travail : travail individuel Matériel : Consigne: Quelles hypothèses pouvez-vous formulez pour expliquer la croissance du fœtus dans l’utérus de la mère sans qu’il soit relié aux organes alimentaires et respiratoires de la mère?

Phase 4 : durée 5 mn Modalités du travail : travail coopératif Matériel : textes explicatifs produits Consigne: Confrontez vos productions. Discutez-les et rédigez-en une commune à l’ensemble du groupe.

Une grille d’analyse des représentations

Dans quel contexte s’exprime la représentation? Quelle est l’origine possible de la représentation? RECONSTITUTION DE LA REPRESENTATION Quel champ conceptuel concerne-t-elle? Comment fonctionne-t-elle?

en classe hors de la classe  en réponse à une question  lors de la recherche d’une solution à un problème  selon l’idée que l’élève se fait des attentes du professeur  selon les interactions individuelles dans une discussion Retour

Représentations liées à des caractéristiques de la pensée enfantine  Adualisme Projection de ses propres sentiments Anthropomorphisme Animisme Finalisme Artificialisme  Egocentrisme  Croyance – syncrétisme  Pensée abstraite Représentations liées à l’expression de l’inconscient, des fantasmes Représentations sociales (médias) Représentations liées aux apprentissages antérieurs Retour

Les notions qui sont en interaction les unes avec les autres définissent un champ conceptuel. Certaines notions difficiles génèrent des représentations du fait même de leur complexité. citoyenneté éthique responsabilité autonomie régulation identité fonction Évolution Temps Énergie mémoire maternelle-primaire-secondaire-supérieur Matière Espace information français-mathématiques-langues vivantes-sciences-histoire-géographie-économie Retour

OBSTACLE = un invariant qui résiste aux apprentissages, cause profonde d’un ensemble de représentations Retour

LES TYPES DE QUESTIONS DANS L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE

Comment ?

La question « comment » conduit à s’interroger sur la manière dont s’effectue le phénomène ou le mécanisme étudié et sur les moyens mis en œuvre pour le réaliser.

Il peut amener à rechercher une explication causale.

Comment notre système immunitaire peut-il fabriquer des anticorps capables de se lier spécifiquement à des molécules antigéniques qu’ils n’ont jamais rencontrées? Comment un récepteur sensoriel code-t-il un stimulus de l’environnement? Comment les messages nerveux sont-ils transmis au niveau des synapses? Comment la digestion assure-t-elle la transformation des aliments en nutriments? Comment l’organisme maintient-il sa glycémie? Comment est formée la croûte océanique au niveau des dorsales?

Il peut aussi impliquer la mise au point d’une méthodologie pour interroger le réel.

Comment peut-on reconstituer la chronologie des événements géologiques qui se sont succédé dans une région? Comment déterminer la parenté entre les êtres vivants? Comment évalue-t-on le risque génétique?

Il peut aussi correspondre à la description d’un objet biologique ou géologique (fait) s’intégrant à une explication.

Comment se déroule la division cellulaire? Comment fonctionne une articulation? Comment se met en place la morphologie d’un végétal? Comment se met en place le plan d’organisation d’un animal au cours de l’embryogenèse? Comment sont disposés les gènes homéotiques?

Il peut enfin faire appel à une technique pour décrypter le réel.

Comment peut-on déterminer la structure interne du globe terrestre? Comment peut-on localiser l’activité cérébrale? Comment peut-on mesurer un courant traversant un canal ionique? Comment peut-on mesurer les dépenses énergétiques d’un organisme? Comment déterminer le régime alimentaire d’un animal? Comment peut-on localiser une substance à l’intérieur d’une cellule?

Quoi ?

La question « quoi » se rapporte aux données d’observation, à la collection de faits qui serviront à fonder des hypothèses. Elle concerne les phénomènes et s’appuie donc sur un travail descriptif, étape nécessaire à toute tentative d’explication et d’interprétation du réel étudié.

Quelles sont les composantes de l’environnement? Quels sont les constituants de l’ADN? Quels sont les signes observables sur les planètes qui traduisent la présence d’une activité interne? Quelles sont les substances produites au cours de la synthèse chlorophyllienne? Quelles sont les caractéristiques de la catalyse enzymatique? Quelles sont les étapes de l’embryogenèse? Qu’est-ce que l’effet de serre? Quelle est la composition d’une péridotite? Que deviennent les produits d’altération des roches?

Pourquoi ?

La question « pourquoi » renvoie aux facteurs historiques et évolutifs qui rendent compte des adaptations et de la diversité organique.

Pourquoi l’Archaeopteryx est-il considéré comme un témoin de l’évolution des Oiseaux? Pourquoi à la limite Crétacé-Paléocène, les fougères sont-elles considérées comme un groupe opportuniste? Pourquoi une crise biologique est-elle suivie d’une importante phase de diversification du monde vivant? Pourquoi peut-on parler de preuves embryologiques de l’Évolution? Pourquoi l’évolution du Vivant est-elle accompagnée de sa complexification? Pourquoi peut-on considérer que la bipédie fut peut-être la première différence entre les singes et l’Homme?