Introduction et balises
La place des schémas dans la classe de science est centrale. Mais ce terme est polysémique : que met-on derrière ce mot ? S’agit-il d’un dessin ? d’un croquis ? d’un modèle ? Ces différentes acceptations possibles du terme de “schéma” renvoient en fait à différentes intentions : reproduire ce qui a été vu et/ou garder une trace et/ou construire un modèle explicatif etc.
Or, le travail scientifique ne consiste généralement pas à reproduire fidèlement le réel tel qu’il est vu mais plutôt à le comprendre et l’expliquer. Alors, il convient d’abandonner les détails peu pertinents au moment de la schématisation. Par exemple, les schémas de circuits électriques ne montrent pas ce qui est vu par l’élève.
Le travail avec les schémas a donc un rapport étroit avec la conception de la science que l’on cherche à véhiculer auprès des élèves. Pourtant, en classes de sciences, il est fréquent que les schémas soient limités à des fonctions descriptives ou illustratives.
Une difficulté importante à propos des schémas concerne les conventions qui lui sont liées : icônes, flèches, annotations, perspective 3D, couleurs, etc. Ces conventions ne vont pas de soi : qu’est-ce que désigne une flèche ? Un flux ? Une chronologie ? Une causalité ?
Enfin, un autre aspect du travail avec les schémas est le rôle pour faire évoluer les conceptions. En effet, les schémas sont des traces avec lesquelles les élèves vont pouvoir exprimer et faire fonctionner leur conception, les confronter, dégager des controverses, etc. ce qui donne l’occasion de d’identifier et faire évoluer ces conceptions. L’ouvrage de Orange (2012) “Enseigner les sciences” le montre largement. Dans cette optique, la schématisation est connectée au travail de modélisation et d’argumentation et de débat scientifique mais également de façon indirecte aux traces.
Au regard de ces éléments, le rôle de l’enseignant paraît important pour accompagner les élèves dans la schématisation et la pensée scientifique liée.
Entrées faciles
Le chapitre 4 de l’ouvrage de Astolfi, Peterfalvi et Vérin (1998)[1] porte sur les schémas et plus largement les écrits. Il est un incontournable de la question.
Le consortium 4 du Pacte a réalisé un guide raisonné (Dahmouche, Daro et Orange, 2021) sur les “difficultés de lecture des schémas”. Après avoir présenté brièvement les différentes acceptation du terme et des dispositifs permettant de travailler ce « nœud didactique”, le rôle de l’enseignant quant à ces enjeux d’enseignement est précisé.
Dans un dossier traitant des écrits de travail dans Cahiers pédagogiques, Poffé et al. (2018)[2]présentent un article à propos de l’usage des schémas sur le thème de la respiration cellulaire. Il est question des difficultés que les élèves peuvent rencontrer avec ce type de support qui relève d’une forme spécifique de langage nécessitant lui-même un apprentissage.
Le mémoire de Olive (2019) questionne la façon dont les ouvrages scolaires du primaire traitent des fonctions de nutrition (respiration, circulation, excrétion, digestion, circulation) et analyse, en particulier, les représentations schématiques (les schémas) de ces fonctions.
L’ouvrage “Sciences en classe” de Daro, Graftiau, Stouvenakers et Hindryckx (2011) à destination des 10-14 ans montre le travail de schématisation nécessaire à la démarche scientifique. Deux exemples sont présentés : les équilibres et la conduction de la chaleur.
Pour l’enseignement maternel, l’ouvrage “L’enseignement scientifique et technique à l’école maternelle” de Coquidé-Cantor et Giordan (2002) montre le travail qui peut être mené avec les schémas pour connaître les conceptions des élèves et tenter de les faire évoluer.
Écrits scientifiques
L’article de Lavarde (1994) est une étude de l’histoire du “schéma” chez les scientifiques. Des implications pour l’enseignement des sciences peuvent être dégagées à partir de son propos.
L’article de Gouanelle et Schneeberger (1996) s’intéresse à la place des images (photographies, films, etc) employées en sciences dans le cadre d’une séquence d’apprentissage sur la reproduction humaine. Il questionne aussi l’efficacité des tâches visant à amener les élèves à élaborer des schémas pour mieux comprendre les phénomènes. Cette recherche a été menée dans une classe d’élèves de 9-10 ans (CM1, France) et met notamment en évidence les conceptions des élèves sur le sujet.
Plé et Dedieu (2020) proposent de se pencher sur la question du “pouvoir instrumental” des écrits en classe maternelle à partir de deux séquences autour de la matière. Les auteures développent la place d’outils comme le tableau de positionnement et le schéma pour amener les élèves à construire une première représentation du monde.
À propos de la nutrition humaine, Orange (2003) analyse une séquence de débat scientifique en classe avec des élèves (9-11 ans) au départ de schématisations produites par des groupes élèves et répondant à la question : “Comment ce que j’ai mangé peut-il me donner des forces ?”.
Plus largement, trois ouvrages montrent la place des schémas dans le travail de modélisation, d’argumentation des élèves et de changement des conceptions :
- “Enseigner les sciences” de Orange (2012). Il concerne l’enseignement primaire et secondaire. Les principaux exemples portent sur la nutrition humaine, la respiration et le fonctionnement de l’articulation pour l’enseignement primaire et secondaire.
- “Épistémologie et didactique des SVT” de Lhoste (2017). Les principaux exemples concernent le concept de vie (fin de secondaire), le devenir de la matière organique (fin P, début S), la nutrition humaine (P et S) et la communication nerveuse (début P).
- “Précis de didactique des SVT pour enseigner au collège et au lycée” de Schneeberger, Orange, Orange Ravachol et Lhoste (2021). Il concerne plutôt l’enseignement secondaire mais une partie du propos est valable pour l’enseignement primaire.
Pistes de réflexion pour les TFE et mémoires
S’intéresser à la schématisation dans les apprentissages en sciences, c’est par exemple :
- questionner les intérêts et les limites de l’usage des schémas ;
- identifier les obstacles liés à la pratique de la schématisation en primaire/secondaire ;
- étudier l’impact de la schématisation sur la compréhension des concepts scientifiques par les élèves ;
- questionner la place de la schématisation dans une séquence d’apprentissage ;
- s’interroger sur la façon de développer la capacité des élèves à argumenter et à justifier au départ d’un schéma ;
- questionner la place et l’intérêt des schémas interactifs dans les apprentissages ;
- etc.
[1] Astolfi, J.-P., Peterfalvi B., et Vérin, A. (1998). Comment les enfants apprennent les sciences ?. Retz.
[2] Poffé, C., Laschet, M. et Hindryckx, M-N. (2018–04/05). Faut-il représenter la mitochondrie ? Cahiers pédagogiques, 544, 41-42.