Ouvrir l’enseignement des sciences aux pratiques de savoirs critiques ?

Nul doute, la formation de « l’esprit critique » est annoncée comme un objectif majeur de notre système scolaire. Un document du site officiel Eduscol^[1]« A l’école de l’esprit critique » : https://cache.media.eduscol.education.fr/file/Actu_2016/31/3/a_l_ecole_de_l_esprit_critique_680313.pdf, ne déclare-t-il pas « L’esprit critique, fil rouge des enseignements et finalité majeure de l’école ». Chaque domaine et chaque discipline est censée y contribuer. Peut-on affirmer pour autant que les enseignants sont en situation, de par les indications qui leurs sont fournies, de pouvoir exercer cette responsabilité ? Nous posons ici cette question d’un point de vue didactique et dans le cas particulier de l’enseignement de la biologie et de la géologie, en espérant que cela puisse faire écho pour d’autres domaines de savoirs.

« L’esprit critique », un slogan officiel : et après ?

La contribution de l’enseignement des sciences à ce grand objectif de formation de « l’esprit critique » est généralement présentée comme allant de soi. Un ouvrage^[2]Zimmermann, G., Pasquinelli, E. & Farina, M. (2017). Esprit scientifique, esprit critique., un projet pour l’école primaire, cycles 2 et 3. Paris : Le Pommier., référencé sur Eduscol et distribué officiellement dans des écoles primaires, l’explique : « L’esprit critique est au cœur des attitudes et des compétences propres à la culture scientifique et technologique du socle commun de connaissances de compétences et de culture ». Cela dit, de quels repères dispose l’enseignant de biologie et de géologie qui lui permettent de contribuer à cet objectif ?

Les programmes de SVT (Sciences de la vie et de la Terre) du cycle 4, par exemple, donnent les indications suivantes : « Il s’agit aussi de permettre aux jeunes de distinguer faits et savoirs scientifiques des opinions et des croyances, pour entrer dans une relation scientifique avec les phénomènes naturels ou techniques, et le monde vivant. Cette posture scientifique est faite d’attitudes (curiosité, ouverture d’esprit, esprit critique, exploitation positive des erreurs…) et de capacités (observer, expérimenter, modéliser…). » « L’esprit critique » serait ainsi une attitude qui s’allierait avec des compétences scientifiques générales. Mais quels rôles jouent alors les savoirs scientifiques ? Leur fonction dans la pensée critique se limiterait-elle à l’attention portée à leur validation, notamment empirique, par opposition aux opinions ? La séparation des connaissances (ou savoirs^[3]Les programmes utilisent les deux termes sans que l’on sache s’il y a une distinction à faire. Pour nous « savoir » renvoie à une production culturellement construite et thématisée par le travail de problèmes dans un domaine d’étude ; les connaissances renvoyant alors à ce que sait telle ou telle personne.), des compétences générales et des attitudes est une vieille tradition des SVT, comme d’autres disciplines, depuis plusieurs dizaines d’années. Cette épistémologie médiocre et l’essentialisation de « l’esprit critique » entrave fortement les possibilités pour les enseignants de mettre véritablement au travail une pensée critique des élèves. Y opposer une épistémologie et une didactique où les savoirs sont, par construction, des savoirs critiques, qui relèvent d’un dépassement de la pensée commune et qui portent une agressivité intellectuelle, permet d’ouvrir d’autres possibles.

Nous allons tenter d’illustrer cela par des exemples tirés de l’enseignement au cycle 4 ; cela nous oblige à questionner quelque peu des savoirs scolaires.

La parcellisation des savoirs les prive de force critique

Un premier exemple concerne le point de programme : « Les changements climatiques passés (temps géologiques) et actuels (influence des activités humaines sur le climat notamment par l’émission de gaz à effet de serre) ; leurs conséquences sur la répartition des êtres vivants ». Quels savoirs scientifiques se cachent derrière cet énoncé ? Que pourrait vouloir dire, pour un élève de cycle 4, « s’y connaître en changement climatique » et quelle force critique cela pourrait-il lui conférer ?

Voici ce qu’il peut apprendre à ce sujet si l’on suit la présentation d’un manuel (Hatier cycle 4 SVT 2017) :

• une explication de l’effet de serre, en tant que phénomène naturel qui influe sur la température moyenne de la Terre ; les gaz l’atmosphériques responsables de cet effet sont le dioxyde de carbone, le méthane, la vapeur d’eau (page 47).
• l’évolution de la teneur atmosphérique en CO2 au cours du dernier millénaire montre une augmentation importante depuis la révolution industrielle (page 47).
• l’exploitation de pétrole augmente les émissions de CO2 (page 72) ce qui permet de conclure : « sa production et son utilisation libèrent du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre. Son augmentation dans l’atmosphère est impliquée dans le changement climatique » (page 76).

Dans le cours de physique-chimie, ce même élève apprend, selon le programme, à identifier les gaz à effet de serre produits lors de transformations chimiques.

Chacun de ces morceaux de connaissances est validé dans ce manuel par un ou des documents censés répondre à une question, comme, par exemple : « quelles sont les conséquences de l’exploitation du pétrole sur le climat ? ». Le travail intellectuel des élèves consiste donc en la recherche d’informations pour répondre à ces questions dans des documents présumés fiables (puisque dans le manuel). Cela leur permet-il vraiment d’exercer une pensée critique ? On peut en douter. D’autres possibilités existent, à condition de ne pas limiter le savoir à une somme de connaissances ponctuelles. Nous présentons ici une de ces possibilités.

Pour cela, tentons de relier toutes ces connaissances ponctuelles fournies par l’étude du manuel : le CO2 est un gaz à effet de serre mais la vapeur d’eau aussi^[4]Elle intervient pour 60% de l’effet de serre de l’atmosphère terrestre. ; la combustion du pétrole et de ses dérivés produit du CO2… mais aussi de l’eau en quantité de molécules au moins aussi importante. Or, pour penser l’évolution climatique en lien avec les énergies fossiles, les documents du manuel, comme le discours des médias, ne prennent en compte que le CO2… et pas la vapeur d’eau. Est-ce justifié et pourquoi ? Il y a là un enjeu important :

• travailler cette question oblige à abandonner la simple explication séquentielle : combustion, production de gaz à effet de serre, réchauffement. Il est nécessaire de penser en termes de cycle du carbone et de cycle de l’eau ; il se trouve que le cycle de l’eau se régule rapidement, notamment par les précipitations, ce qui veut dire que la vapeur d’eau rejetée par les combustions n’a que peu d’influence sur la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère donc sur l’augmentation de l’effet de serre. Ce n’est pas du tout pareil pour le CO2 dont le cycle est plus complexe. Mettre les élèves devant ce problème peut les conduire à abandonner des explications en petites histoires, pour des raisonnements plus systémiques.
• si ce problème n’est pas abordé en classe, comment penser que les élèves vont pouvoir analyser de manière critique tout ce qui se dit sur l’évolution climatique. Les centrales nucléaires, par exemple, rejettent aussi de la vapeur d’eau (et ça se voit quand cette vapeur se condense à la sortie des cheminées de refroidissement), tout comme la casserole que je chauffe sur une plaque électrique ; les élèves peuvent-ils comprendre pourquoi on ne parle pas de leur influence sur l’effet de serre ?

Étudier un système morceau par morceau ne permet pas d’en discuter le fonctionnement

Voici un second exemple. Le même manuel (mais cela vaudrait pour tout autre), répondant aux programmes, présente dans son chapitre 5 la nutrition et l’organisation des animaux. Au fil des pages et des activités, on y apprend ainsi, concernant les mammifères :

• que l’oxygène et les nutriments passent dans le sang qui les distribue aux différentes cellules du corps (page 122) ;
• que les poumons et tel muscle, par exemple, sont disposés en série dans la double circulation sanguine, quand les différentes organes (autres que les poumons et le cœur) sont en dérivation (ou en parallèle) (page 126) ;
• que les déchets produits par la nutrition des cellules sont éliminés, via le sang, pour le CO2 par les poumons et, pour les déchets azotés (de type urée), par les reins (pages 128-129).

Les élèves ont ainsi idéalement la connaissance de toutes les pièces du système, chacune validée par des prises d’information sur des documents et, possiblement pour certaines d’entre elles, par des observations ou des expériences. L’ensemble est résumé (page 133) dans ce que le manuel nomme « l’essentiel », par un schéma du système circulatoire où les organes (qui produisent du CO2 et des déchets azotés) sont représentés en parallèle par rapport aux reins (voir la figure qui reprend les grandes caractéristiques de ce schéma). C’est scientifiquement tout-à-fait pertinent et cohérent avec les différentes connaissances cumulées.

Cependant des recherches didactiques montrent qu’autant les élèves peuvent facilement accéder aux différentes pièces de ce système, autant il leur est impossible par eux-mêmes de comprendre le fonctionnement du système circulatoire assemblé : ils ne comprennent notamment pas (et c’est vrai chez des élèves plus âgés) comment il est possible que les reins fonctionnent en parallèle avec les organes produisant des déchets azotés car cela empêche, selon eux, ces déchets d’aller directement de leur production à leur élimination ; ils traînent ainsi dans le sang, ce qui ne leur semble guère acceptable. Au-delà de la force symbolique des déchets, l’incompréhension des élèves vient du fait, là encore, de leur explication séquentielle, en petites histoires, comme nous nous en racontons tous pour expliquer ce qui nous entoure : le déchet azoté est produit par les muscles et il doit pour eux aller en circuit court vers les reins ; la position des reins en parallèle ne permet pas de penser la fin de l’histoire : combien de tours faut-il avant d’être sûr que les déchets passent bien tous par les reins ?

Ne pas permettre aux élèves de se confronter, ensemble et avec l’aide de l’enseignant au fonctionnement d’un tel schéma relève d’occasions manquées :

• si on ne leur permet pas de le travailler en classe, de nombreux élèves penseront à tort avoir compris le fonctionnement du système; leur connaissance de la circulation sera anecdotique, sans aucune puissance critique ;
• on a pourtant là une nouvelle occasion de dépasser les explications en petites histoire pour penser le fonctionnement d’un système.

« Rendre à la raison humaine sa fonction de turbulence et d’agressivité »

L’enseignement des SVT manifeste ainsi une forte tendance à parcelliser les savoirs, en cohérence avec la distinction entre connaissances, compétences et attitudes, puisque les savoirs ne sont alors que des informations vérifiées. Cette tendance produit des difficultés d’apprentissage que le recours à des schémas bilan ne suffit pas à réduire. Corrélativement, elle diminue fortement les possibilités d’exercer le travail critique des élèves. Par contraste, penser les savoirs en lien avec le travail de problèmes d’une certaine ampleur ouvre de réelles possibilités de développer la pensée critique des élèves et de les faire accéder à de nouvelles formes de raisonnement : « rendre à la raison humaine sa fonction de turbulence et d’agressivité », pour reprendre une exhortation de Bachelard^[5]G. Bachelard, L’engagement rationaliste, Paris, P.U.F, page 7, 1972, passe par la construction de savoirs critiques, contre des connaissances antérieures, contre ce que l’on croit savoir.

Ces problèmes d’une certaine ampleur n’ont rien à voir avec ce qui est faussement nommé des « tâches complexes » ; ils portent sur le fonctionnement de systèmes plus ou moins vastes. Transposés à la classe, ils doivent avoir une cohérence épistémologique – à la fois être intéressants scientifiquement et délimités de façon à ne rien laisser « sous le tapis » – et une pertinence didactique en ce qu’ils prennent en compte les formes usuelles de pensée des élèves et celles auxquelles ils peuvent accéder.

Pour cela, des recherches didactiques qui s’appuient sur des analyses épistémologiques et des essais poussés dans les classes peuvent proposer des repères guidant les choix des enseignants : il ne s’agit pas de leur dire ce qu’ils doivent faire ni d’affirmer que l’enseignement devrait se limiter à ce type de situations, ne serait-ce que pour une question de temps ; le but est d’ouvrir des possibles qui, s’ils ne sont pas explicitement envisagés dans les programmes, n’y dérogent pas : bref de permettre aux enseignants de mettre leur pensée critique au service du développement de celles des élèves.

Christian Orange
professeur émérite de l’Université de Nantes,
didactique des sciences, didactique comparée.

Bibliographie

G. Bachelard, La formation de l’esprit scientifique, Paris, Vrin, 1938

G. Bachelard, L’engagement rationaliste, Paris, P.U.F, 1972

C. Orange & D. Orange, Géologie et biologie : analyse de quelques liens épistémologiques et didactiques. ASTER, 21, 27-49, 1995.

C. Orange, Enseigner les sciences : problèmes, débats et savoirs scientifiques en classe. Bruxelles, De Boeck, 2012