Partir des acquis plutôt que combler des lacunes : la question « des bases » en Sciences

Le savoir disciplinaire scolaire est détaillé en programmes qui s’enroulent en hélice les uns dans les autres, suivant un principe fondamental : la maîtrise de l’essentiel du programme de l’année précédente est nécessaire à l’acquisition du programme de l’année suivante.

Quelles sont les conséquences de ce principe de base ?

-  Il assoit le discours institutionnel des corps d’inspection : un bon professeur « fait tout le programme », ce qui implicitement signifie sans doute que l’élève, du coup, « le fait » aussi.

-  Il justifie la fameuse nécessité des pré-requis, donc valide le bien fondé du redoublement.

-  Il explique l’incroyable fréquence de l’usage dans les bulletins scolaires de l’expression : « doit combler ses lacunes », expression qui fait dire aux jeunes qui décrochent : « de toute façon, j’ai tellement de lacunes,… », comme ils pourraient dire « j’ai tellement de défauts ».

-  Il impose comme une évidence le fait que la construction des savoirs ne peut suivre que le chemin prédécoupé des programmes : la complexité doit s’acquérir progressivement de la même façon pour chacun, quelle que soit son histoire, ses goûts, ses enjeux scolaires,….

Proposer aux décrochés de l’école de reprendre un cursus scolaire oblige à reconsidérer cette hélice des savoirs et cette gravité des lacunes, non seulement parce qu’il n’est pas concrètement envisageable de rattraper tout les cours « perdus » mais aussi parce que cette construction hélicoïdale ne produit pas souvent les effets escomptés.

Enseignant les Sciences expérimentales (l’un la physique et la chimie, l’autre la biologie et la géologie) depuis de longues années, nous nous sommes heurtés à des réalités bien peu satisfaisantes quant à l’efficacité de cet enseignement, tout particulièrement en lycée.

-  Le cloisonnement total de nos disciplines empêche la construction des liens pourtant si précieuse pour aborder la complexité du vivant. Car il est tissé d’un tel enchevêtrement de systèmes ouverts les uns sur les autres que le découper en tranches étanches pour l’épurer et le simplifier c’est en fait le détruire. Et pourtant, au sein de chaque système, les lois de la physique chimie s’appliquent.

A confondre compliqué et complexe, la biologie et la géologie enseignées font un usage très peu orthodoxe de certains principes de physique et de chimie.

Quant à la physique et la chimie, soucieuses de s’illustrer dans le réel vivant, elles usent d’exemples que la simplification rend méconnaissables.

-  L’encyclopédisme hélicoïdale, des programmes, sans discrimination de l’essentiel et de l’accessoire, ne laisse que quelques traces plus ou moins éphémères dans lesquelles faits et models explicatifs se confondent. Gaston Bachelard dénonçait déjà cela quand il rappelait que du cours de chimie on ne retient souvent que le passage d’une couleur à une autre, l’explosion, l’expérimentation ratée. A la question fondamentale « qu’est ce que l’identité biologique d’un être vivant », quelques mois après le bac les ex élèves de terminale S énonceront quelques phrases construites autour de quelques mots phares, bric à brac de concepts et d’objets sans discernement : l’identité génétique c’est la couleur de mes yeux transmise par mes parents dans mes gènes….

-  Les activités proposées en travaux pratiques sont essentiellement conçues pour illustrer ou retrouver des résultats, voire parfois pour justifier l’acquisition onéreuse de matériel d’expérimentation assistée par ordinateur, et non pour inciter l’entrée dans une démarche expérimentale tâtonnante.

-  La démarche scientifique, faute de temps, n’est que « dogmatiquement assénée », ce qui conduit à ce constat alarmant : quand on les interroge, la plupart des lycéens de filière scientifique sont persuadés que les Sciences produisent des connaissances « vraies », prouvées, sans aucun doute. Et pourtant, tous les textes officiels qui introduisent nos programmes mettent en avant comme vertu première de ces sciences expérimentales le fait qu’elles contribuent au développement de l’esprit critique.

Il n’est donc pas étonnant que les décrocheurs citent très souvent ces « matières scientifiques » parmi les moins accessibles.

Cela nous a conduits à proposer aux élèves entrant au Clept un enseignement intitulé « Sciences de la matière », en rupture avec ce qu’ils ont connu précédemment et en co-intervention systématique. Pourquoi la matière ? Car, comme l’écrit Bernard Tyburce dans l’ouvrage qu’il lui consacre, « la matière explorée, matière vivante, matière domestiquée, la matière, toujours première, consacre les relations de l’homme avec le monde ».

Quant à la coointervention , elle permet aux élèves d’être les témoins d’une pensée en train de s’élaborer, et de vivre une pensée plurielle et pourtant convergente en faisant la double économie du dogmatisme et du relativisme

Ces élèves démarrent dans un module de raccrochage qui dure au minimum 6 semaines et au maximum une année scolaire et qui leur permet de poursuivre en seconde, en première, voire même en terminale.

Notre enseignement « Sciences de la matière » vise 4 objectifs prioritaires :

-  Réconcilier nos élèves avec les Sciences Expérimentales, en particulier en rendant les connaissances élaborées utiles à la compréhension du monde.

-  Permettre à chacun d’entre eux de construire ou de consolider les quelques « noyaux durs » de connaissances qui leur permettront d’enchaîner sans encombre sur les différents programmes du lycée.

-  Eclairer la spécificité de la démarche scientifique

-  Construire collectivement un rapport au savoir dans lequel l’erreur est un outil pour progresser, en s’appuyant sur la diversité de leurs savoirs.

Cette année, dans le « module lycée » voisinent Emmanuelle qui a quitté voici 4 ans une terminale S à la veille du baccalauréat, Houda qui après un cursus collège intégralement « Segpa », a tenté sans succès un brevet professionnel de services hôteliers, puis a travaillé pendant 2 ans, Florent, autodidacte un peu baba cool, décrocheur d’une filière technique qui ne l’intéressait pas,…

La 1ère Unité de Valeur que nous leur proposons s’intitule : « Définition et origine de la Matière ». Elle débute par une question : qu’est-ce que la matière ? , question abordée en demandant à chacun de citer des exemples de « matière » et des exemples de « non matière ».

Emmanuelle lance les mots atome et molécule, Houda propose des matériaux (fer, pierre, cuir,…), Florent cite les 4 éléments Terre, Air, Eau, Feu, d’autres, cosmiques, citent des astres, d’autres, pragmatiques, énumèrent des objets….Les exemples de « non matières » sont plus difficiles à trouver : sont proposés le vide, la lumière, les pensées,…

Ce qui est frappant c’est que pour chacun les propositions des autres sont étonnantes et qu’aucun ne sait établir un lien critique entre les différentes propositions. Emmanuelle, imprimée de savoir scolaire, ne l’a jamais « utilisé » pour le rendre opératoire, Houda n’a aucune connaissance scolaire et fonctionne donc avec ce que lui apprend la vie, Florent est davantage marqué par sa culture personnelle que par son passé scolaire, etc. Un travail peut donc collectivement s’élaborer où chacun va puiser et avancer en fonction de son point de départ. A l’arrivée, la définition construite en les amenant à développer leurs représentations initiales permettra à chacun de s’y retrouver, c’est à dire d’établir des liens avec son savoir déjà installé.

Dès cette 1ère séquence, la définition de la matière, par le biais de ce qui est « non matière » conduit à aborder la notion d’énergie. Or, simplification prétendument nécessaire, les programmes dissocient l’apprentissage de ces deux notions. Mais les dissocier empêche l’apprenant d’acquérir l’autonomie utile à chacun pour établir des liens avec son savoir installé. La complexité de ces deux notions, matière et énergie, n’est pas un obstacle à la compréhension si les liens qui les unissent sont d’emblée évoqués : la matière est de l’énergie potentielle, l’énergie se manifeste par des transformations de matière. Cette intrication est un élément central de la compréhension de ces deux notions.

Ainsi, quand le principe de conservation dans un système donné (« rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ») sera énoncé puis régulièrement convoqué pour expliquer aussi bien le bilan respiratoire d’un être vivant que la composition atomique de l’Univers, il s’appliquera autant à la matière qu’à l’énergie.

Partir de leurs acquis, dès lors qu’ils sont divers, voire même contradictoires, permet d’installer un cadre très large intégrant la complexité des phénomènes étudiés.

Si Emmanuelle a peu de « lacunes scolaires », son savoir est organisé en tranches étanches et elle dépense l’essentiel de son énergie à se demander : qu’est-ce que je suis censée savoir ? , s’empêchant par là de questionner ailleurs, donc d’apprendre vraiment.

Houda, peu encombrée de connaissances préalables, en abordant d’emblée la globalité des phénomènes par ses questions non circonscrites, établit vite des ponts dans toutes les directions et pose les questions essentielles.

La 2ème UV, intitulée « Influence de l’environnement sur la matière », en abordant en particulier les effets de la température, nous permet d’aborder une des difficultés de nos disciplines : l’échelle à laquelle les phénomènes sont observés et expliqués. Passer du macroscopique au microscopique et réciproquement permet d’établir des ponts entre des connaissances acquises par l’expérience quotidienne (savoirs expériencés) comme l’eau qui bout, le froid qui conserve, la chaleur qui cuit, les courants marins , la Terre qui tremble…. et la connaissance du modèle de l’agitation thermique.

Si des ponts s’établissent d’autres au contraire se questionnent :

Ainsi, si l’agitation thermique explique le ralentissement des transformations chimiques du vivant quand la température baisse (engourdissement), elle ne permet pas d’expliquer qu’au-delà de 42 °C ces transformations chimiques s’arrêtent totalement (les fortes fièvres tuent puisque les protèines au-delà de 42 C° sont définitivement dénaturées.).

Une des questions posées à la fin de cette UV pour évaluer le degré de compréhension atteint par chacun de nos élèves est ainsi formulée : utilisez les connaissances construites à propos de l’influence de la température sur la matière pour expliquer l’expression courante : « au printemps, la nature s’envole ».

De la cohérence s’installe à l’intérieur de vastes systèmes explicatifs dont il n’est jamais oublié d’en dessiner les limites : celles de modèles validés jusqu’à preuve du contraire.

La 3ème UV s’intitule « Les cycles de la matière ». Dans un 1er temps, il s’agit de montrer que la planète Terre est le siège permanent de production de matières nouvelles. Dans un 2nd temps, l’application du principe de Lavoisier nous conduit avec l’exemple de l’eau puis celui des roches,à la notion de cycle. Puis la question de l’origine de la « matière vivante » à partir de la matière minérale est envisagée. C’est ainsi que la mise en évidence d’une production de dioxyde de carbone par des champignons a déclenché chez Emmanuelle un « réflexe » la conduisant à proposer le terme de respiration sans en questionner du tout la signification, tandis qu’Houda a immédiatement demandé : mais d’où vient ce carbone ? Question à laquelle Emmanuelle non seulement n’avait pas pensé mais à laquelle elle était incapable de répondre. Et pourtant, lorsqu‘un peu plus tard, nous établirons un parallèle entre respiration et combustion de sucre, elle sera de nouveau très à l’aise pour écrire une équation bilan de la respiration. Mais si pour elle il était évident que la combustion s’accompagne d’une libération d’énergie, elle va découvrir avec nous qu’il en est de même pour la respiration. Et la semaine suivante elle nous racontera avec bonheur comment elle a découvert que ses copains, en dernière année d’UFRAPS, ignorent tout du lien, pourtant essentiel, entre énergie et respiration.

La 4ème et dernière UV, « Des molécules du vivant à la cellule vivante », a pour ambition d’aborder la bifurcation entre les sciences de la vie et les autres : il s’agit de cerner la spécificité du vivant en ce que la matière vivante ne suffit pas à différencier le vivant du non vivant : un mélange « in vitro » d’eau, de sels minéraux et de molécules organiques, identiques en qualité et quantité à ce qui compose la matière « in vivo », ne donnera jamais de « vivant ». L’organisation moléculaire de la cellule, universelle, délimite des microsystèmes en échanges constants et en équilibre, caractérisés par un renouvellement moléculaire incessant et assurant pourtant une identité biologique permanente ; c’est ce qu’André Giordan a désigné par « le paradoxe du vivant ». Les mots familiers recouvrant des notions souvent peu ou pas comprises comme « ADN, information génétique, chromosomes, code » prennent ici leur place dans un système explicatif à la fois matériel (le chromosome, observable, est composé de molécules dont une molécule d’ADN) et conceptuel (la notion d’information).

Malgré de nombreuses séances de microscopie, de cours détaillés sur la molécule, d’approches variées de la notion de cellule, les confusions entre « molécule » et « cellule » sont très fréquentes (80% des étudiants issus d’un baccalauréat scientifique ne savent pas différencier ces deux notions). Il est donc nécessaire de commencer cette UV en travaillant sur les échelles et les ordres de grandeur en jeu ne serait-ce que pour rectifier l’idée reçue très répandue qu’une molécule est vivante.

Un premier bilan au bout de 4 années nous permet de constater que les objectifs que nous nous sommes fixés sont souvent atteints et que notre approche transdisciplinaire et co-construite est un des leviers majeurs de cette réussite.

Nos éclairages mutuels nous aident à débusquer les implicites de nos disciplines respectives, implicites si nombreux qu’ils sèment le trouble. Ils nous permettent aussi de rectifier des erreurs parfois grossières que nous énoncions en nous hasardant parfois dans le territoire de l’autre. Ainsi, par exemple :

- la simplification du réel des systèmes physiques étudiés ne permet pas d’éclairer nombre de phénomènes naturels ; ce constat nous donne l’occasion d’aborder concrètement ce qu’on entend par « limites des modèles ».

- en physique-chimie le passage systématique « aux exercices avec calcul » en particulier lors des évaluations, fait croire que l’essentiel réside dans la maîtrise de formules mathématiques plutôt que dans la compréhension qualitative des phénomènes étudiés. Aucune formule ne s’est imposée dans l’élaboration des contenus de cette discipline que nous enseignons.

- la biophysique et la biochimie abordent, sans le dire, des domaines d’une complexité infiniment plus grande que ceux de la physique et de la chimie tout en employant le même vocabulaire ; nous nous efforçons de lever, autant que faire se peut, les ambiguïtés.

Par ailleurs, les notions dont nous partons sont simultanément au cœur de la science et au cœur de l’expérience commune et nous mettons ici en évidence que la science ne travaille pas sur des objets scientifiques qui lui seraient propres, mais qu’elle travaille sur le monde, notre monde, en le transformant en objets scientifiques à partir desquels on peut toujours revenir aux savoirs expériencés.

Alors que la plupart de nos élèves entrent en module avec la conviction forte qu’ils ne sont pas faits pour les sciences, ils sont nombreux à le quitter en ayant notablement changé leur point de vue. Ils enchaînent sans grande difficulté avec les programmes de seconde ou de première, armés de quelques principes et notions transversales (le principe de conservation de matière et énergie, l’intrication entre matière et énergie au cours de leurs transformations, l’agitation thermique, l’importance de l’échelle de l’objet étudié) et plus vigilants qu’avant pour distinguer la place respective des faits et des modèles dans l’élaboration des connaissances scientifiques.

Par Dominique Bocher et Marie-Cécile Bloch Enseignants du CLEPT. Article tiré des Cahiers pédagogiques de juin 2006 intitulé « Décrocheurs… comment raccrocher ? »