lire et produire des schémas scientifiques à l’école primaire · 2014. 12. 16. · quatre...

Lettruren°1–2011

http://www.ablf.be82

Lireetproduiredesschémasscientifiquesàl’écoleprimaireBernadetteGiot,ValérieQuittreUniversitédeLiège

DeuxrecherchessoutenuesparleMinistèredelaCommunautéfrançaisedeBelgiqueontétémenéesàl’unitéd’analysedesSystèmesetdesPratiquesd’enseignement(aSPe)durantcesdernièresannées: lapremièreportaitsurlastructurationdesacquisensciencesen3eet4eannéesprimairesets’estdérouléede2003à2006.Lasecondequiaeulieude2007à2009s’estintéresséeauxdifférentesformesd’écritsauserviced’unedémarchescientifiqueréfléchieen5eet6eannéesprimaires.

Cadrethéorique

Lesécrits scientifiques fontappelàdenombreux typesdesupportsquiontchacun leurs spécificités :textes, tableaux, graphiques, schémas,microphotographies, organigrammes…Comme chacun de cessupports,lesschémaspossèdentleursmodalitéspropresdefonctionnementetconstituentunvéritablelangage: leur logiquedereprésentationestévocatriceetéconomique; ilsutilisentdessymbolesallantduplusfiguratifauplusabstraitetfondéssurdesanalogies;ilssontlaplupartdutempscomplétéspardesannotationsdiverses.Toutefois, leurs règlesd’élaborationsontplussouvent implicitesetusuellesqueconventionnelles.

Illustration1

Représentationfigurativedel’oreilleinterne.

Représentationmodélisantedusystèmecirculatoire,demandantlaconnaissancedecertainesconventions.

Représentationmodélisantedel’atome:constructionmentaled’uneréalitéqu’onnepeutvoir.

Représentationsingulière(propreauxauteurs)desalvéolespulmonaires.

Représentationconventionnelled’uncircuitélectrique.

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Quatreélémentscaractérisentplusparticulièrementlesschémas(VoirAstolfi,2001):

• leur capacité à isoler des relations invariantes au sein d’un ou plusieurs phénomènes: ilsencouragentl’abstractionetlamodélisationduréelpardépassementdescasparticuliers;

• leur capacité à concrétiser des concepts ou des phénomènes difficiles à représenter: ilsproposentunemédiationentreunconceptabstraitetlaconstitutiond’uneimagementaledececoncept;

• leur valeur synoptique: ils utilisent l’espace pour rendre visuellement présents sur unmêmedocumentdesélémentsessentiels;

• leurvaleurd’économiecognitive: ilspermettentd’appréhenderenmêmetempsunensembledecaractéristiquesetderelations.

Pour répondre à ces exigences, les schémas utilisent différents outils, parmi lesquels: les icônes(symboles figuratifs ou abstraits), les signes (flèches…), les annotations (titres, légendes, commentai‐res),l’échelle,lesproportionsetlespositionsrelativesdeséléments,laperspective(coupe,plan,dessinen3D),lescouleurs,lechoixdunombred’élémentsàreprésenter,etc.

Laformequeprendleschémadépendbienentendudesintentionsdeceluiquiproduitledocument:• accrocher,motiver,attirerl’attentiondulecteurpardesimagesquifrappentouquiillustrentun

texte;• fournir un référentiel, une représentation substitutiveen remplacementd’un réelqui nepeut

toujoursêtreintroduitenclasse;• décrire,fairevisualiser,ensupportounond’unmessageverbal;• structurer et/ou reformuler: organiser et agencer spatialement des données dont les

interrelationssontainsimisesenévidence;• créer ou construire une réflexion: les schémas peuvent faciliter la mise en forme d’idées,

encouragerl’élaborationdemodèlesenrelationaveclaperceptionetlacompréhensionqu’onpeutavoirduréel;

• faireappelà l’imaginairepourstimuler lamémorisation,encouragerlacompréhensionparuneimagementale,impliquerplusaffectivementlelecteur.

Les caractéristiques des schémas, leurs outils préférentiels et les intentions de celui qui les produitimpliquentdes interprétationsde lapartdu lecteur,etdoncdesécueilspossibles,d’autantplusque lesymbolismeetlesmodalitésdestructurationdesschémasprésententunegrandevariabilité:ilspeuventfaireappelàdesanalogiessimplesentreleréférentetsareprésentationtoutenn’étantpasdesdessinsd’observationmaisleurdegréd’abstractionpeutaussiêtreimportant;lechoixdesicônes,descouleurset des signes tels que les flèches ou les traits peuvent être propres au scripteur, usuels ouconventionnels.

Enoutre, ilest indispensabledeprendresimultanémentencompteplusieurs indicespourcomprendrel’ensemble d’un schéma. Enfin, les schémas peuvent traduire des concepts, des relations, desphénomènesoudesfonctionnements,etleurcomplexitévarieenfonctiondecesobjetsd’étude.

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Illustration2:unschémadelapeau(présentéàdesélèvesde8/9et10/12ans)

Dansuntelschéma,l’élèvedoitcomprendrelasignificationdela flèche qui rend explicite l’origine de la coupe: celle‐ci doitêtrecomprisecommeunagrandissementen3Dd’uneparcelledepeau.Enoutre,ils’agitd’unmodèleetlesrapportsentreleréel et cette représentation doivent être compris (nombre etcouleurs des éléments par exemple). Les annotationspermettent de nommer les éléments présents, maisn’expliquentnicequ’ilssontnileursfonctionsrespectives.

Dèslors,deuxquestionsdeviennentcruciales:Commentlesélèvescomprennent‐ils lefonctionnementdes schémaset l’informationqu’ils contiennent?Comment se réapproprient‐ils les règles implicitesdeconstructiondecessupportspourlesutiliserdansleurspropresproductions?

Méthodologiederecherche

Lesétudessurlesquellessefondentnosrésultatspeuventêtredéfiniescommedesrecherches‐actionsdans lesquelles une étroite collaboration a été établie avec des enseignants à tous les stades duprocessus.Chaqueannée,nousavonsalternélesréunionsd’informationetdedébat,lesexpériencesetobservationsdanslesclassesetlesphasesd’analyse.

La méthodologie d’observation peut être définie comme qualitative et participative. Elle implique laprésencedeschercheusesdanslesclasses, lerecueildesdocumentsproduitspar lesélèveset/oupro‐posésparlesenseignants,desentretiensindividuelsaveclesélèves,desdébatsaveclesenseignantssurle terrain et lorsde réunions à l’Université, uneenquête complémentaire sur la lecturededocumentspeuoupasconnusdesélèves.

Résultats

1.Aproposdelalecturedesschémas

Troisniveauxd’approchedesschémasontétéobservés,cequirappellelesconstatssouventmentionnésendidactiquedufrançaisàproposdes«bonslecteurs»:

• Niveau1:celuidesinformationsexplicites(parfoisdesdétails)etdesinférenceslocales.• Niveau2:celuidelamiseenrelationdeplusieursindicesetdel’approched’unensemble.• Niveau3 : celuide l’interprétation,de l’intégrationetde la constructiond’unnouveléquilibre

danslessavoirs.

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Illustration3:lecycledereproductionducerisier(5e/6eannées)

Schémaproposéauxélèvesaucoursdel’activité Niveau 1: Annotations du schéma par un élèvedanslasuitedel’activité

L’élèveaétiquetéchaqueétapeendésignantl’objetreprésenté:lecerisier;lafleur;lafleuraprèsabeille;lafleurfanée;lapousse.Uneétapeestdavantageexplicitée:«noyau:tombeetrefaitl’arbrisseau».

Niveau 2: interprétation d’éléments représentant desmises en relation: exemple de la flèche entrel’arbreetlafleur

Invitésàcommenterlaflècheconsidérée,lesélèvesontdonnétroistypesd’interprétations:‐«L’arbresetransformeenfleur.»‐«L’arbreproduitlafleur.»‐«Onregardeàl’intérieurducerisier.»

Extraitd’undialogueentreélèves:E1:Onpartdel’arbre...E2:Ouietaprèsçaferaquoi?C’estunefleurmaiscen’estpaspossiblequecesoitunefleurdanslaterre.Elleestoù?

La première proposition est incorrecte. Les deuxautres donnent deux interprétations acceptables:l’une se centre sur le processus biologique (laproduction de la fleur), l’autre sur la méthodeadoptée pour construire le schéma (ce qui permetde situer la fleur).Une seule flèched’unprocessusapparemment simple suppose donc une bonnecompréhension du contexte, quel que soit le plansurlequelonseplace.

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Niveau3:Interprétationdechaqueétapeetconstructiond’unnouveléquilibre

L’élèveareformulépourlui‐mêmechacunedesétapesqu’ilreliepardesflèches:«Lecerisierenlui‐mêmeproduitdesfleurs»«L’abeillevientbutinerpourtransmettrelepollenàuneautrefleurquivaproduireunfruit.»«L’autrefleurvaproduireunfruit.»«Lafleurfane.»«Ellefaitplaceàunfruit.»«Lefruitfaitlagraine.»«Lagrainefaitunpetitarbre.»

L’interprétationdesschémaspeutêtrefacilitéepardesannotations,unephrasedecommentairesouunpetittexte.Néanmoins,celasupposequelelecteurreconstruiselesliensimplicitesquiunissentletexteetleschéma.Ildoitégalementcomprendrelesensdesexplicationsdonnées.

Illustration4:unschémadeladent(3e/4eannées)

Il ne suffit pas de repérer un élément et de lirecorrectement son nom pour que son sens réelsoitcompris.Ainsi,lemot«émail»peutêtrebienlu mais l’élément mal situé, ou encore l’élèvepeut ignorer qu’il s’agit d’une protection de ladent.Certains termes peuvent poser problème. Parexemple, le mot pulpe est accompagné d’unebrève définition qui est loin d’être simple. Quesignifieeneffet lemot«vivant» lorsqu’onparled’unedentetque,pourunenfantdecetâge, lavieestassociéeàlacroissanceetaumouvement?

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Illustration5:leséchangesentrelamèreetlebébé(5e/6eannées)

Pourdiversesraisonspratiques,ledocumentaétéproposéennoiretblancauxélèves,commeprésentéci‐dessous(ledocumentoriginalestencouleurs).

Le document présente une structure très fréquente dans les livres de sciences. Le dialogue entre lachercheuseetl’enfantillustreclairementletravaildelapensée.

(L’élèveestinvitéàmontrerleplacentasurleschémamaisiln’yparvientpas.)Chercheuse:Atonavis,surledocument,n’ya‐t‐ilpasdesinformationsquitepermettraientdedirecequec’est?Élève:Là‐dedans(ilmontreletexte)?Peut‐être…Quiaideraientàdirecequec’estici?(Ilmontreleschéma).C:Oui.E:Ben…jenesaispas.C:Etcommentpourrais‐tulesavoir?E:Ben,peut‐êtreenlerelisantouen…C:Prendstontemps,relis‐lesituveux.E:(Ilrelitletexte).Onapprendqu’icic’estleplacenta(Illemontresurleschéma)C:Etpourquoimedis‐tuquec’estleplacenta?E:Parcequ’ilsdisentquec’estauniveauduplacentaquesefontceséchanges.

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2.Aproposdelaproductionécritedeschémas

Uneréflexionaboutieneprécèdepas l’écrit.Elle seconstruitet se transformedansetparce langagedontlesélèvesdoiventseréapproprieretmettreenactionlesoutilsspécifiquesàl’occasiond’activitésmultiples.Dans le cadredes sciences, la fonctionnalité desproductions est une véritable chancepourl’écrit: on écrit pour soi, pour réfléchir; on écrit pour garder une trace des observations et desapprentissagesréalisés;onécritpourfaciliterleséchangesentreélèves,pourcommuniqueràd’autressesexpériencesetsesdécouvertes.

Voici deux illustrations qui montrent comment les élèves acquièrent peu à peu un savoir faire dansl’usagedesschémas,souventcombinésavecdecourtstextes.

Illustrations6aet6b:lamassevolumiqueetlamiscibilitédesliquides(5e/6eannées)

Le point de départ de l’activité était la lecture d’un petit texte à propos du naufrage d’un bateaupétrolier.Quatrehypothèsesformuléespardesenfantsimaginairesétaientproposéesauxélèves.Ceux‐ci devaient alors imaginer une expérience pour confirmer (ou infirmer) les hypothèses. Voici deuxexemplesdepréparationenpetitgrouped’uneexpérience.

Exemple6a:

Les textes et les dessins sontcomplémentaires.Deuxsituationssontbien contrastées : l’eau avec et sanssel. Ce dernier est symbolisé par unesalière ce qui marque un pas dans laréappropriation du symbolisme desschémas. Mais ce symbolisme engen‐dreuneerreurdansladescriptiondelaprocédure: le selestmis sur l’huileaulieu d’être mélangé à l’eau préala‐blement. Des couleurs et une brèvelégende sont adoptées. Mais lesliquides sont représentés demanièresdifférentes et les conditions expéri‐mentales ne semblent pas avoir étécontrôlées (quantités des liquides parexemple).

Exemple6b:

Le premier dessin représente vraisem‐blablement un gobelet d’eau salée(«mélangé»). Ensuite les élèves pro‐posent une représentation symbo‐lique de la pesée plutôt qu’un dessinréaliste(aucunebalancedecetypen’aété utilisée). Les gobelets sontsemblables et remplis à ras bords. Labalance penche du côté le plus lourd(l’eau). Le mot «pétrole» est utiliséalorsquepratiquement, lesélèvesonttravailléavecdel’huile.

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3.Lerôledesconceptionsetdesconnaissancesacquises

La lectureet laproductiondeschémassontévidemmentfacilitéespar lesconnaissancesdéjàacquisesparlesélèvessurlescontenusabordés.Toutefois,sicesconnaissancessesontgrefféessurdesconcep‐tionserronées, lesélèvesnepeuvent lesutiliserpourcomprendre leschéma.Ainsi, lesenfantsmisenprésenceduschémadelapeauprésentédansillustration2peuventsetrouverdevantunesérieusediffi‐culté: tant en 3e/4e qu’en 5e/6e années, la peau peut être considérée comme une simple couverture,relativementfine.Ildevientalorsdifficiled’admettrequecettemêmepeauauneépaisseurcomprenantplusieurspartiessusceptiblesderenfermerdesglandes,desvaisseaux,desnerfs…Iln’estdoncpasrareque les élèves considèrent l’épiderme commeétant la peau à lui seul. Pour dépasser cet écueil, il estindispensabledecomprendreleschémacommeunagrandissementmodéliséetfiableduréelquoiqu’onpuisseobserversursonproprecorps.

Par ailleurs, il est possible d’interpréter un schéma en se fiant à la connaissance qu’on a des règlesconventionnelles ou usuelles qui régissent les indices formels propres à ce support. Mais si cetteinterprétation reste superficielle, elle peut rendre impossible la compréhension du schéma dans sonensemble.

Illustration7:lecircuitdel’eaudomestique(5e/6eannées)

Pourdiversesraisonspratiques,ledocumentaétéproposéennoiretblancauxélèves,commeprésentéci‐dessous(ledocumentoriginalestencouleur).

Commentexpliquerlasignificationducamionbarréenbasduschémaàgauche?Cetteicôneestgénéralementinterprétéecommeuneinterdictiondecirculeràcetendroit.Maislorsqu’ondemandeunejustification,certainesréponsespeuventsurprendre:

• Ilyaunrisquedepollution(réponseattendue).• C’estdangereux:lecamionpeut,soittomberdansl’eauprèsdesbarrages,soitresterbloqué

dansceux‐ci(irréalisteousuggéréparleseuldessin).• C’estdangereuxàcausedesoiseaux(priseencompted’unindiceparasitefigurantsurle

schéma).• Ignorance.

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4.Laconstructiondenouvellesconnaissancesoul’élargissementdesacquis

Etantdonné lesdifficultésqui entourent la lecturedes schémas,onpeut sedemander comment fontcertains lecteurs pour tirer profit de l’analyse d’un support qu’ils ne connaissent pas a priori.L’observation confirmequ’ils se serventde cedernierpour faireprogresser lapenséeetdépasser lesdétails les plus connus ou les plus attractifs. Ils utilisent les indices et les points de repère pour faire«parler»ledocument,seposentdesquestionsetformulentdesmicro‐hypothèsesinterprétativesqu’ilscoordonnentpeuàpeu.Cetteattitudeactiveseretrouvechez lesscripteursaumomentd’élaborerunschéma: ilsrecherchentlesoutilsadéquatspourtraduireuneidée.Leurpenséeetleurécritévoluentdemanièreinteractiveparunquestionnementsurlajustesseducontenuetsurl’efficacitédelaforme.

Illustration 8 : le circuit électrique. Observation d’une lampe de poche. Production d’un élève au cours d’uneactivité(5eannée).

L’élèveadécritclairementlesélémentsducircuitobservéet les étapes pour que la lampe s’allume. Ce faisant ilaboutitàunschémafaux:lalampenepeutêtrealluméelorsque le circuit est ouvert. Un seul schéma ne peutrendre compte de la situation malgré l’appel auxannotations.Deuxdessinsauraientéténécessaires: l’unmontrant le circuit ouvert; l’autre, le circuit fermé. Lareprésentation d’événements séquentiels par desschémasn’estpasévidente.

5.Quelleaideapporterauxélèves?

Pourpermettreauxélèvesdeprogresserdanslamaîtrisedesschémas,ilestindispensabledefaireuneplace réelleà ce typed’écritsenclasse.Celapeutpasserpouruneévidenceetpourtant l’observationmontrequesilalecturedocumentaireatrouvédroitdecitédanslesclasses,iln’envapasdemêmepourlaproductiondeschémasparlesélèveseux‐mêmes.

Parailleurs,unquestionnementappropriésurlesinformationsexplicitesetimplicitescontenuesdanslesdocumentsscientifiquesainsiquesurlesindicesformelsquipermettentdelesdécoder,estindispensa‐blepourétayerlapenséedel’enfant.

Lalectureetl’écritureenpetitsgroupespermettentaussiauxélèvesdes’interpellermutuellementpourcomprendrelesidéescontenues(ouàintégrer)dansunschémaetlamanièredontcederniersestructu‐re(oudevraitêtrestructuré)formellement.

Enfin, exploiter collectivement les écrits scientifiques y compris ceux produits par les élèves est unesourced’apprentissage troppeuexploitée: comparerdivers typesd’écrits, constater leurdiversitéet,au‐delàdecelle‐cilesélémentsclésquilescaractérisent.

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Illustration9:lecerisier:exploitationcollectived’unschémaencoursd’activité.Observationd’uneétapeducycle(5e/6eannées).

Institutrice:Quiauneidée,pourcedessinlà?(Laceriseenformation)Élève1:Moimaisjenesuispassûr.Çapourraitêtrel’ovule.I:Toitupensesqueçapourraitêtrel’ovule…E2:Moijepensequec’estlacerisequiestentraindesefaire.I:Toi,tuparlesd’unecerisequiestentraindesefaire.Est‐cequetupeuxm’expliquer,justifierunpeucequitefaitpenseràça?E2:Cequimefaitpenserc’estqu’aprèsonaunecerise.Es:Ahoui,çac’estvrai!(Beaucoupderéactionsdanslaclasseattestentdel’effetdelaréflexiondeE2).E2:Laceriseellen’apparaitpasenunmillièmedeseconde!I:Lacerisen’apparaitpasmagiquement,elleseformepetitàpetit,ellesetransforme.E3:Ahoui!Etçac’estlenoyauetçac’estsûrementlatigealors!E4:Ahouimaintenantj’aicomprismadame!(Beaucoupderéactionsdumêmeordreparmilesélèves.)E6:Moijecroyaisquec’étaitunebougie…E5:Moij’aicomprismaintenant.

Conclusions

Les schémas apportent un soutien indéniable à la pensée scientifique. Ils fournissent des référentielsspatialementetcognitivementéconomiques.Ilspermettentdevisualiserl’informationetdereformulerlapenséeenlastructurant.

Toutefois, ilsengendrentdesdifficultésparfois importantespour lesélèves: reconnaître lesdifférentsélémentsdesschémas,lescomprendreencontexte(àsavoirlesmettreenrelationlesunsaveclesau‐trespourdonnerdusensàunensemble),intégrercesensàsespropresacquis.

Cesdifficultéssontaccentuéesparlecaractèretrèssouventimplicitedesrèglesd’élaborationetdelec‐turedesschémas:ellessontsingulièresetusuellesplusqueconventionnelles.

C’est pourquoi, il est indispensable que les élèves aient des contacts progressifs et réguliers avec cessupportsauseind’activitésscientifiquessignificatives,etquel’enseignantadoptedesorientationsmé‐thodologiquesadéquatespourétayerefficacementlaconstructiondelapensée.

Pourclôturer,voiciunextraitdudialogueavecuneélèvede6eannéed’uneclassepeufavorisée:

C:Est‐cequ’ilyavaitdeschosesquetun’aimaispasdanscetteactivité‐làouquetuaimaismoinsbien?E:C’étaitdurdetrouverdesphrasespourdécrirecequ’onavuettoutça…C:Çatuaimaismoins…Ettutrouvaisquec’étaitquandmêmeintéressantd’écrireoupastellement?E:Oui,parcequ’onpouvaitplusavoirdesidées,parcequesiseulementonfaitl’activitéetonn’écritrien,onnesaitpascequ’onaappris.Maisquandonécrit,onsedit:Tiensça,çava,j’aiapprisçaettoutça.C’étaitquandmêmebien,mêmesij’aimoinsaimé,c’étaitquandmêmebiend’écrire.

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Bibliographie

Astolfi, J.P., Perterfalvi, B., Vérin, A. (1991). Compétencesméthodologiques en sciences expérimentales.Paris:INRP.Astolfi,J.P.,Perterfalvi,B.,Vérin,A.(1998,rééd.2001).Commentlesenfantsapprennentlessciences.Pa‐ris:Retz.Bouldoire,B.(1996)Stylescognitifsetutilisationdifférenciéedesschémas.Quelquesélémentsderéflexion.http://www.urfist.cict.fr/styles.htlmCebe,S.,Goigoux,R.,Thomazet,S.(2003).Enseigner lacompréhension:principesdidactiques,exemplesdetâchesetd’activités.Paris:INRP.Crahay,M.(1999).Psychologiedel’Education.Paris:PUF.Giasson,J.(1990).Lacompréhensionenlecture.Bruxelles:DeBoeckUniversité.GiotB.,Quittre,V.(2006).Lesactivitésscientifiquesenclassesde3eet4eannéesprimaires.Aiderlesélèvesà structurer leurs acquis. Document à l’usage des enseignants. Bruxelles:Ministère de la Communautéfrançaise.AGERS.Peraya, D., Nyssen,M.C. (1995). Les paratextes dans lesmanuels scolaires de biologie et d’économie.Uneétudecomparative.InUniversitédeGenève:Cahiern°78.Peraya,D.(1995).Versunethéoriedesparatextes:imagesmentalesetimagesmatérielles.InRecherchesencommunication,n°4,1‐38.Terwagne, S., Lafontaine, A., Vanhulle, S. (2003). Les cercles de lecture: interagir pour développerensembledescompétencesdelecteurs.Bruxelles:DeBoeck.Zahouani,K.(2004).Ledessind’observation.InMagarts,numéroconsacréàlaquestiondudessin(2).

Référencesdesillustrations

Illustration1:diversschémas

• Oreille:Megascopesciences(1997)Lecorpshumainexploré:Paris:Nathan,p.45.• Appareilcirculatoire:Megascopesciences(1997)Lecorpshumainexploré:Paris:Nathan,p.28.• Atome:Unœilsurl’histoire:lachimie(2002)Mouans‐Sartoux:Pemf.• Alvéolespulmonaires:Zoom10/12(2003).Eveilscientifique,historique,géographique.Recueilde

documents.Wavre:VanIn,p.23.

Illustration2:lapeau

• ReprislargementàF.Daber(1990).Lecorpshumain.Paris:Larousse.

Illustration3:lecycledereproductionducerisier

• Simplification du schéma issu de Bertrand‐Renaud, S., Mol, J. (2001). Je construis mesapprentissagesensciences.Premierdegré.Bruxelles:deBoeck,p.197.

Illustration4:leséchangesentremèreetbébé

• CollectionTavernier(2003).SciencesexpérimentalesetTechnologie.Paris:Bordas,p.99.

Illustration5:ladent

• NouvelleCollectionTavernier(1996),Cahierd’activitésCE2,Biologie.Paris:Bordas,p.4.

Illustration7:lecircuitdel’eaudomestique

• Zoom10/12 (2003).Eveil scientifique,historique,géographique.Recueildedocuments.Wavre:VanIn,p.118.