Qu’est-ce que la didactique des sciences physiques

Pour mieux cerner les mécanismes de la cognition et de la sociologie de la classe, les processus d’enseignement/apprentissage font l’objet d’intenses recherches depuis plusieurs années. C’est à partir de tels travaux que se sont développées ce que nous appelons de nos jours « sciences de l’éducation » (1). A côté de cet apport et depuis environ trois décades, il s’est avéré nécessaire d’interroger ces mêmes processus sous l’angle des savoirs mis en jeu. C’est ainsi que d’autres recherches portant sur les conditions d’enseignement et d’appropriation des contenus d’une discipline donnée se sont développées. Il s’agit du champ de recherche de la « didactique des disciplines » (2) qui ne cesse de produire des connaissances nouvelles sur les conditions et les modalités de fonctionnement du système d’enseignement des disciplines scientifiques. Son objet ne se définit pas exclusivement par une centration nouvelle sur le savoir scientifique et les aspects méthodologiques mais aussi sur les difficultés d’appropriation qui sont intrinsèques à ce savoir et qu’il importe de diagnostiquer et d’analyser pour améliorer le rendement du système d’enseignement.
La didactique d’une discipline se distingue de la pédagogie dans la mesure où celle-ci se rattacherait à dégager des règles de la psychologie et de la sociologie de l’apprentissage et de l’enseignement qui seraient indépendantes des contenus. La didactique des disciplines, si elle s’intéresse en premier lieu à l’apprenant, fait intervenir deux autres acteurs : l’enseignant et surtout la discipline à enseigner et c’est pourquoi le substantif didactique sans référence à une discipline n’a, à proprement parler, pas de sens. Son champ est donc celui de l’étude des interactions qui se produisent à l’intérieur du système à trois pôles constitué par l’apprenant, l’enseignant et le savoir : c’est le système didactique.

L’ensemble des relations binaires entre les éléments constitutifs de ce système est fondé sur un ensemble de concepts, explicités plus loin, qui constitue le cadre théorique de la didactique des disciplines. Les résultats des études les plus récentes qui concernent les relations binaires de ce système, continuent à révéler que les élèves et les étudiants rencontrent de sérieuses difficultés pour s’approprier les savoirs scientifiques notamment ceux de la physique et de la chimie. Parallèlement à ces études, on assiste sur le terrain à des taux d’échec des apprenants dans les disciplines scientifiques parfois alarmant. Ceci a conduit plusieurs courants à réclamer des réformes de l’enseignement scientifique. Celles-ci ont porté principalement sur les contenus des disciplines. Le résultat est que les réformes succèdent aux réformes sans qu’on puisse raisonnablement avoir le sentiment que les racines des difficultés soient réellement traitées. Pourtant l’identification et la connaissance de ces difficultés ont constitué l’essentiel des recherches en didactique de la physique et de la chimie de ces trois dernières décades. En effet, parce que ces deux disciplines sont sensées expliquer le monde matériel, leur didactique s’est développée, dans un premier temps et peut être plus que tout autre forme de didactique, en mettant l’accent sur les représentations spontanées (appelé aussi conceptions, « misconceptions »…) des apprenants (3), ce « déjà-là » qui existe dans leur tête et dont le premier fournisseur est le sens commun qui est la chose du monde la mieux partagée. Ces représentations sont d’autant plus redoutables pour l’enseignement des sciences physiques que leur logique interne n’est souvent pas celle de cette science et par conséquent elles se dressent comme des obstacles à toute appropriation de nouveaux savoirs. Ainsi le concept bachelardien de l’obstacle épistémologique prend ici tout son sens dans la mesure où l’enseignement se fixe comme objectif de faire évoluer, de modifier, d’infléchir ces représentations pour les transformer en « savoir vrai ».

A côté de ces recherches sur les conceptions qui représentent le gros bataillon, les travaux en didactique des sciences physiques ont porté aussi sur les modèles d’enseignement/apprentissage utilisés par les enseignants en situation de classe, la résolution de problèmes… Les travaux dans ce domaine ont apporté leur lot de résultats. Ainsi à titre d’exemple, le modèle de la transmission professeur/apprenant des savoirs a montré ses limites et son inaptitude à réussir un enseignement secondaire de masse.
Dans ce qui suit seront d’abord introduits, et d’une manière brève, les concepts fondamentaux utilisés en didactique des sciences physiques suivis des objectifs qui articulent ces concepts et qu’on s’est fixé pour la formation des futurs formateurs en sciences physiques.

Concepts de la didactique des sciences physiques :

On se limite, compte tenu de la brièveté de cet exposé, à quelques exemples représentatifs. Selon leur origine, les concepts sont classés en trois parties. Une partie provient, à travers les sciences de l’éducation, de la psychologie et de la sociologie. Une autre partie trouve son origine dans l’épistémologie et l’histoire des sciences et des techniques. Enfin une troisième partie est créée par les chercheurs en didactique des disciplines.

-Le concept de structure cognitive :

Les recherches des psychologues sur l’apprentissage ont abouti à l’idée que les connaissances sont organisées sous la forme d’un réseau de concepts et de relations entre ces concepts (4-7). La question qui se pose alors et qui évoque la manière avec laquelle un sujet apprend, est de savoir comment se crée cette structure et bien sûr comment on peut faciliter cette création. Pour rester au niveau des démarches qui intéressent l’enseignant de sciences physiques, on se contente de deux approches didactiques complémentaires : le behaviorisme et le constructivisme. Pour le behaviorisme, il y a apprentissage lorsqu’on pourra observer un comportement nouveau chez l’apprenant, en réponse à une demande formulée en dehors de lui par l’enseignant, le matériel qui environne l’élève ou par une situation construite (une ou plusieurs questions, interrogation écrite ou orale…). Il s’agit de stimuler un comportement « réflexe » apparenté à celui du chien de Pavlov (équilibrer une réaction d’oxydo-réduction en commençant par noter les degrés d’oxydation des espèces qui interviennent). Une notion importante est liée à cet apprentissage par conditionnement est celle de la récompense qui motive l’apprenant (une note, simple valorisation de l’individu…). Dans la pratique de l’enseignement, ce type d’apprentissage a donné lieu à deux grands volets de la pédagogie : la pédagogie par objectif et l’enseignement programmé. Après avoir occupé le devant de la scène et il continue à l’être dans certains systèmes éducatifs, le behaviorisme est aujourd’hui fortement critiqué. La critique la plus importante formulée à son égard est le statut passif infligé à l’apprenant au cours de son apprentissage.

Le constructivisme admet que les apprenants construisent eux mêmes leur savoir à partir de leur rapport avec le monde extérieur. Deux grands moments dans le processus d’apprentissage sont soulignés par Piaget : l’assimilation et l’accomodation (8). Il y a assimilation lorsque l’apprenant construit une notion, reconnaît un facteur comme élément de réponse au problème auquel il est confronté (l’ajout d’un acide protonique à de l’eau provoque l’augmentation de son acidité) et accomodation lorsque la notion construite est appliquée avec pertinence à d’autres situations que celles qui leur ont donné naissance par généralisation. (l’acidité des solutions aqueuses est caractérisée par l’activité du proton). D’autres psychologues (comme Ausubel, Vigotsky) ont développé des théories différentes de l’acte d’apprendre.Par delà la variété des conjectures sur le « comment » de la construction du savoir, il est important de souligner le rôle central de l’apprenant dans la démarche constructiviste de l’apprentissage. Il est systématiquement placé en situation de négociation avec ses propres connaissances.