Introduction et balises
La notion de modèle en sciences est ambiguë car elle s’entend de différentes manières : objet physique (ex : maquette), représentations visuelles (ex : schéma) qui vise un aspect du réel, vu de l’esprit sur un phénomène, etc. Les usages se veulent “réalistes”, donc avec une volonté de refléter le réel ; ou une visée purement instrumentale.
D’autre part, la notion de modèle doit se penser en relation avec l’idée de modélisation qui est davantage un processus durant lequel les élèves construisent un modèle. Il s’agit pour eux de développer une représentation du réel leur permettant de l’interpréter en n’en saisissant que certains aspects.
Les enjeux autour des notions de modèle ou de modélisation sont importants car elles renvoient à une large part de l’activité scientifique, même pour les élèves. En effet, l’activité scientifique peut être assimilée à une activité de modélisation car elle consiste à construire des modèles explicatifs les plus cohérents possible dans tous les domaines des sciences physiques et biologiques (Thouin, 2017[1]). Non seulement les élèves “modélisent” en classe de sciences à chaque fois qu’ils se représentent le réel, mais d’autre part, il s’agit de construire une représentation adéquate des sciences.
Les rubriques « analogie », « problématisation » (à venir) et histoire des sciences fournissent de nombreux exemples de modèles selon les domaines scientifiques. La rubrique Philosophie, épistémologie et image des sciences précise ce que nous entendons par « sciences ».
Les pages « schémas », « langage » ou « travail avec les traces » pourront également intéresser le lecteur.
Entrées faciles
Le consortium 4 du Pacte a réalisé un guide raisonné (Dahmouche, Daro et Orange, 2021) sur les modèles et la modélisation. Après avoir présenté brièvement les différentes acceptions du terme et des dispositifs permettant de travailler ce « nœud didactique”, le rôle de l’enseignant quant à cet enjeu d’enseignement est précisé.
De la même manière, l’ouvrage collectif “Les modèles : des incontournables pour enseigner les sciences !” (Evrard et Amory dir., 2015) montre ce qui peut être fait autour de la notion de modèle en sciences à tous les niveaux de la scolarité. En particulier, le chapitre de Daro, Graftiau et Hindryckx.
Plusieurs ouvrages montrent (plus ou moins explicitement) que pour l’évolution que le travail sur les modèles est au centre de cette théorie :
- Fortin, C. (2009). L’évolution à l’école. Créationnisme contre darwinisme ? Armand Colin
- Lecointre, G. (dir.) (2021). Guide critique de l’évolution. Belin
- Coquidé, M. et Tirard, S. (dir.) (2008). L’évolution du vivant. Un enseignement à risque ? Vuibert.
La partie 2 de l’ouvrage “Sciences et albums”[2] est consacrée à la modélisation en physique au départ de l’album “Plouf” de Philippe Corentin (1991). Des séquences de classe explorant des phénomènes physiques sont analysées et sont accompagnées d’éclairages scientifiques et didactiques (notamment sur la modélisation).
Écrits scientifiques
Quelques modèles analogiques en biologie sont discutés dans l’article de Rumelhard (1988). Plus largement, l’auteur dégage trois types de modèles (p.37 et suivantes) et identifie des obstacles à la modélisation scientifique. L’article de Drouin (1988) du même numéro consacré aux modèles débroussaille également bien le sujet.
Sur l’enseignement de l’astronomie, l’article de Merle (2002) montre comment travailler la forme de la Terre à partir de la visite d’un planétarium (9-10 ans). Un autre article de Merle (2000) montre comment le processus de modélisation de l’héliocentrisme peut être mené (élèves 9-11 ans).
Les simulations comme modèles sont traitées dans l’article de Coquidé et Le Maréchal (2006). Le reste du numéro propose également des articles sur le sujet.
L’article de Peterfalvi, Rumelhard et Vérin (1987) est un peu long mais il fait bien le point sur différents aspects de la modélisation des relations alimentaires des vivants, de la circulation des éléments entre les réservoirs terrestres (atmosphère, biosphère, etc.). Les propos visent principalement la fin du primaire et le début du secondaire.
En biologie, trois ouvrages de didactiques traitent de la modélisation à différents endroits :
- “Enseigner les sciences” de Orange (2012). 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.
Les pages 95-98 de l’ouvrage d’Astolfi, Peterfalvi et Vérin (1998)[3] portent sur la modélisation dans la classe de sciences, y compris pour l’enseignement primaire. Le propos est bref mais très instructif.
L’article d’Aldon et Bécu-Robinault (2013) traite d’une séance d’apprentissage en physique autour du phénomène d’augmentation du volume de l’eau lors du passage de l’état solide à l’état liquide dans le cadre d’une classe de SEGPA (Section d’enseignement général et professionnel adapté). La recherche vise à comprendre en quoi la modélisation peut favoriser la construction d’un modèle explicatif et de faire émerger les difficultés qui y sont liées.
Pistes de réflexion pour les TFE et mémoires
S’intéresser à la modélisation dans les apprentissages en sciences, c’est par exemple :
- questionner la façon dont les enseignants intègrent la modélisation dans leurs cours ;
- identifier des stratégies efficaces pour enseigner la modélisation aux élèves ;
- étudier l’impact de la modélisation sur le développement des compétences scientifiques et sur la compréhension des concepts chez les élèves du primaire/secondaire ;
- chercher à comprendre comment les technologies numériques peuvent faciliter l’enseignement et l’apprentissage de la modélisation ;
- questionner les intérêts et les limites de modèles employés dans les apprentissages (ex : modèle de « poumon », modélisation des circuits électriques, etc);
- interroger les obstacles liés à l’utilisation de modèles en classe ;
- etc.
[1] Thouin, M. (2017). Enseigner les sciences et les technologies au préscolaire et au primaire. Editions Multimondes.
[2] Bruguière, C. et Triquet, E. (Dir.). (2014). Sciences et albums. Cycles 2-3. Canopé Editions.
[3] Astolfi, J.-P., Peterfalvi B., et Vérin, A. (1998). Comment les enfants apprennent les sciences ?. Retz.