QUE SAIS-JE ?

La didactique des sciences

JEAN-PIERRE ASTOLFI

Professeur à l’Université de Rouen

MICHEL DEVELAY

Professeur à l’Université Lumière – Lyon 2

Sixième édition

27e mille

Des mêmes auteurs

Astolfi J.-P. et al., Quelle éducation scientifique pour quelle société ?, Paris, PUF, 1978.

Astolfi J.-P. et al., Expérimenter : sur les chemins de l’explication scientifique, Toulouse, Privait, 1984.

Astolfi J.-P., L’école pour apprendre, Paris, ESF, 1992.

Astolfi J.-P., L’erreur, un outil pour enseigner, Paris, ESF, 1997.

Astolfi J.-P. et al., Mots clés de la didactique des sciences, Bruxelles, De Boeck, 1997.

Astolfi J.-P., Peterfalvi B., Vérin A., Comment les enfants apprennent les sciences, Paris, Retz, 1998.

Demounem R., Astolfi J.-P., Didactique des sciences de la vie et de la terre, fondements et références, Paris, Nathan, 1996.

Develay M., De l’apprentissage à l’enseignement, Paris, ESF, 1992.

Develay M., Peut-on former les enseignants ?, Paris, ESF, 1994.

Develay M. (dir.), Savoirs scolaires et didactiques des disciplines, Paris, ESF, 1995.

Meirieu P., Develay M., Le transfert des connaissances en formation initiale et continue, Lyon, CRDP, 1996.

Develay M., Donner du sens à l’école, Paris, ESF, 1996.

Develay M., Propos sur les sciences de l’éducation, réflexions épistémologiques, Paris, ESF, 2001.

978-2-13-061267-4

Dépôt légal — 1re édition : 1989

Réimpression de la 6e édition : 2005, octobre

© Presses Universitaires de France, 1989
6, avenue Reille, 75014 Paris

Chapitre I

L’émergence de la didactique des sciences

I. – Du côté des dictionnaires et des encyclopédies

C’est l’adjectif didactique qui apparaît le premier au Moyen Âge : en 1554, rapporte le Grand Larousse encyclopédique. Le terme vient du grec didaktitos et il s’applique alors à un genre de poésie qui prend pour sujet l’exposé d’une doctrine, de connaissances scientifiques ou techniques.

L’adverbe didactiquement est admis par l’Académie en 1835, et le substantif masculin didactisme apparaît au milieu du XIXe siècle.

Quant au substantif féminin, la Didactique, il ne figure ni dans le Darmstetter de 1888, ni dans le Robert en 10 volumes, ni dans le Quillet en 6 volumes, ni dans le Larousse encyclopédique en 1961, pas davantage dans son supplément le Lexis en 1977. C’est le Robert de 1955 et le Littré dans son édition de 1960 qui citent la didactique comme « art d’enseigner ».

Il faut pourtant citer la Didactica magna de Comenius – dont l’édition tchèque date de 1649 et l’édition latine de 1657 – comme la première tentative synthétique pour constituer la pédagogie en science autonome, et pour concevoir l’enseignant comme un « serviteur de la nature »¹.

II. – Du côté des publications en sciences humaines

Dans ses Annales des recherches en éducation dans le monde, V. de Landsheere cite W. Lay comme auteur de « Experimentelle didaktik, premier grand ouvrage de pédagogie expérimentale en 1903 ».

H. Aebli² se propose en 1951 de renouveler les méthodes de la Didactique à partir des conceptions opératoires de l’intelligence qui ont été développées par J. Piaget. Il suggère de faire de la Didactique une discipline entendue avec le sens de règle de conduite. Ainsi, dès l’origine, la Didactique entretient des liens étroits avec la psychologie génétique dont elle constituerait l’application dans le champ de l’éducation.

D. Lacombe écrira dans l’Encyclopedia Universalis, en 1968 : « Actuellement, le terme didactique est surtout utilisé comme quasi-synonyme de pédagogie ou même simplement enseignement. Pourtant, si l’on excepte les cas nombreux où son emploi relève seulement de l’affectation stylistique, ce terme de didactique éveille certaines résonances qui sont la marque d’une approche particulière des problèmes d’enseignement… Celle-ci (la didactique) ne constitue ni une discipline, ni une sous-discipline, ni même un faisceau de disciplines, mais une démarche, ou plus précisément un certain mode d’analyse des phénomènes de l’enseignement. »

On le voit, à l’origine, la Didactique n’est pas nettement différenciée de la science qui s’occupe des problèmes d’enseignement, la pédagogie.

E. De Corte³, dans le but de conférer à la Didactique un statut scientifique, propose qu’on l’entende comme une méthodologie générale déductive et propose le néologisme Didaxologie pour une méthodologie générale basée sur la recherche empirique. Cependant, il avoue ses difficultés à séparer la Didactique et la Didaxologie : « La didaxologie est un élément de la science de l’enseignement. Il est impossible d’indiquer nettement la démarcation entre la science de l’enseignement et la didaxologie, vu l’imbrication mutuelle des structures. » De Corte ne parlait-il pas de pédagogie en parlant de Didactique et de Didactique en utilisant le néologisme de Didaxologie ?

Un ouvrage coordonné par A. Giordan, le premier sans doute en sciences expérimentales, précisera le champ de la Didactique des sciences expérimentales par rapport à l’enseignement en général⁴. En introduction, les auteurs exposent quelles conjectures permettent de fonder des recherches en didactique des sciences. « … les deux prochaines décennies seront capitales en matière d’éducation scientifique… La recherche en didactique est une première étude critique théorique pour essayer de fonder des pratiques pédagogiques non pas sur la tradition ou l’empirisme mais sur une approche rationnelle de ces questions… En effet, l’appropriation du savoir a toujours été abordée, par les pédagogues qui s’y sont intéressés, de manière doctrinaire. Si l’on veut avoir quelques chances de dépasser cette étape, sans doute est-il nécessaire de présenter une approche reposant sur un corpus d’hypothèses pédagogiques, étayées par des approches épistémologiques et psychologiques. »

Ainsi se trouve affirmée vers les années 1980-1985 la place de la Didactique comme intégrant deux types de réflexion, de nature épistémologique et psychologique, et fondant par voie de conséquence, sans les dicter, de possibles pratiques pédagogiques. La didactique prend ses distances par rapport à la pédagogie. Mais est-ce si évident ? Les réflexions didactique et pédagogique sont-elles nettement distinguables ?

III. – Sciences de l’éducation et Didactique des sciences ? Pédagogie et Didactique ?

Les auteurs précédents ont montré la place difficile, que la Didactique avait à trouver au niveau spéculatif : la Didactique est-elle une méthode, une technique, une science, une praxéologie ? La place institutionnelle de la Didactique n’est pas plus claire. Doit-elle exister à l’Université dans les UER de biologie, de physique ou de chimie, ou dans les UER de sciences de l’éducation ? Dans le premier cas, le risque existe d’une réflexion didactique fondée trop exclusivement sur les spécificités des savoirs de référence, sur leur structure, leur épistémologie et leur histoire. Dans le second cas, le danger n’est pas moindre de ne prendre en compte que l’apprentissage dans sa dimension la plus générale et de revenir à une Didactique psychologique.

G. Mialaret, l’un des trois pères fondateurs institutionnels des sciences de l’éducation avec M. Debesse et J. Château, proposait en 1976 un tableau récapitulatif des sciences de l’éducation qui situe la Didactique comme l’une des composantes des sciences de la relation pédagogique.

Le même auteur, quinze ans plus tard en 1982, dans un numéro de la revue Les Sciences de l’éducation pour l’ère nouvelle, propose une nouvelle classification des sciences de l’éducation. Les rapports hiérarchiques, cette fois, sont inversés : la Didactique inclut la pédagogie et permet de penser les conditions de la transmission, c’est-à-dire la pédagogie. Un renversement du sens du mot didactique a donc été opéré. Initialement, l’adjectif correspondait à une méthode générale sans contenu particulier. Actuellement, le substantif correspond à une prise en charge des contenus et s’intéresse à l’appropriation de savoirs précis.

Ph. Meirieu⁵ s’interroge sur la place respective de la Didactique et de la Pédagogie. Il conclut : « À travers les nombreux débats qui opposent la pédagogie centrée sur l’enfant et la didactique centrée sur les savoirs, se réfractent un très vieux problème philosophique en même temps que des oppositions qui sont stériles, parce que l’apprentissage c’est précisément la recherche, la prospection permanente dans ces deux domaines et l’effort pour les mettre en contact. Il faudrait enfin qu’on arrive à sortir de cette méthode qui consiste à penser toujours sur le mode de la variation en sens inverse, à dire que plus je m’intéresse à l’élève, moins je m’intéresse au savoir ou plus je m’intéresse au savoir, moins je m’intéresse à l’élève… »

Pour cet auteur, c’est l’apprentissage qui est capable d’intégrer les doubles réflexions nécessaires d’essence pédagogique et didactique.

G. Avanzini⁶ souligne à propos de cette réconciliation entre la didactique et la pédagogie que « la recherche didactique a toute sa portée et son ampleur, mais elle ne l’atteint que prise en compte dans un ensemble plus vaste, et à condition d’accepter le facteur d’irrationalité, de fortuité, que l’approche expérimentaliste prétend en vain réduire, mais que la considération des situations réelles oblige à introduire dans la compréhension de la réussite ou de l’échec scolaire ».

Ainsi, deux approches des liens entre didactique et pédagogie sont actuellement énoncées. Dans un cas, Didactique et Pédagogie sont nettement individualisées et l’on ne prend pas en compte la seconde dans le cadre des recherches en didactique. La recherche en didactique risque alors de renvoyer presque exclusivement à une réflexion épistémologique seule capable de fonder une logique des savoirs à enseigner. La Didactique s’arrêterait à la porte de la classe. C’est ce que suggèrent certains.

Dans l’autre cas, on considère que la Didactique et la Pédagogie peuvent en théorie se différencier, mais qu’en pratique elles doivent s’intégrer dans une réflexion plus générale à propos des apprentissages en sciences expérimentales. Alors la recherche en didactique ne peut s’arrêter aux portes de la classe et elle ne peut ignorer la notion de modèle pédagogique (il n’est de didactique que par rapport à un ensemble de finalités). Toute suggestion didactique intègre dans cette seconde approche une réflexion épistémologique (celle qui peut rendre compte de la logique des savoirs biologiques, physiques ou chimiques), une réflexion psychologique (celle qui peut rendre compte de la logique de l’appropriation des savoirs en général) et une réflexion pédagogique (celle qui s’ancre davantage dans les sciences de la relation).

Pour J.-P. Astolfi⁷, dans cette seconde optique l’approche didactique travaille :

– d’une part, en amont de la réflexion pédagogique, en prenant en compte les contenus d’enseignement comme objets d’étude. La Didactique permet alors le repérage des principaux concepts qui fonctionnent dans la discipline et l’analyse de leurs relations. Elle s’intéresse à leur histoire, leurs rectifications respectives, les modalités de leur introduction dans l’enseignement. Elle examine le fonctionnement social de ces concepts, les pratiques sociales auxquelles ils renvoient… Les idées de trames conceptuelles, de niveaux de formulation, de transposition didactique, de pratiques sociales de référence sont ici présentes ;

– et, d’autre part, en aval, en approfondissant l’analyse des situations de classe pour mieux comprendre de l’intérieur comment cela fonctionne et ce qui s’y joue. L’étude des représentations des élèves, de leurs modes de raisonnement, de la manière dont ils décryptent les attentes de l’enseignement intervient dans ce propos. Mais aussi l’analyse du mode d’intervention de l’enseignant afin de lui suggérer une gamme de possibles et non son enfermement dans une modalité unique d’interventions.

Il convient encore de préciser que la Didactique des sciences expérimentales ne se réduit pas au cours de sciences. Elle s’intéresse à toutes les situations d’appropriation de savoirs scientifiques. Le musée, l’exposition, de même que les textes ou les documents iconiques en constituent d’autres exemples.

Dans le cadre de cet ouvrage, nous nous intéresserons presque exclusivement aux situations d’apprentissage et d’enseignement scolaires.

Chapitre II

Didactique des sciences et réflexions épistémologiques

La réflexion épistémologique se propose un examen de la structure du savoir enseigné : quels sont les principaux concepts qui fonctionnent dans la discipline, quelles relations unissent ces concepts (quel est alors le statut dans une discipline donnée de la notion de loi, de théorie), quelles rectifications successives de sens se sont produites dans l’histoire de ces concepts (quels obstacles ont été levés dans leur construction). Cette épistémologie scolaire devrait permettre d’en inférer des conséquences didactiques.

Pour aborder cette réflexion épistémologique, nous regarderons d’abord du côté de l’histoire des sciences biologiques et des sciences physiques en nous intéressant à l’histoire de deux concepts : ceux de fécondation et de chaleur. Nous envisagerons ensuite le rapport épistémologie-didactique.

I. – L’exemple de la fécondation

1. Approche historique. – Dans Le mythe de la procréation à l’âge baroque, P. Darmon⁸ retrace les grandes étapes du concept de fécondation au cours de l’histoire. Nous allons lui emprunter, ainsi qu’à l’Histoire de la biologie de A. Giordan⁹.

Chez les auteurs grecs, la reproduction est synonyme de double semence :

– Pour Hippocrate (350 av. J.-C.), le fœtus est tout simplement le fruit du mélange des semences féminine et masculine. D’où le nom de séminisme attribué à ce système explicatif. L’homme et la femme émettent chacun une semence qui est un extrait de toutes les parties de leur corps, mais spécialement du cerveau. Descendues par le canal de la moelle épinière, les deux semences se mélangent dans la matrice pour former un germe d’embryon. Lorsque les liqueurs séminales se sont intégralement mêlées dans la matrice, elles s’y épaississent et se remplissent d’esprits sous l’effet de la chaleur du corps maternel. L’esprit trop chaud est évacué tandis que la respiration de la mère introduit un esprit froid. Cette alternance d’esprits chaud et froid fait naître la vie et assure la formation d’une double pellicule à la surface du mélange. Cependant, le sang menstruel dont l’évacuation est supprimée alimente désormais le fœtus et, en se coagulant, il devient chair. Cette chair s’articule à mesure qu’elle croît, et c’est l’esprit qui lui donne sa forme en mettant chaque chose à sa place.

– Aristote (384-322 av. J.-C.) professe lui aussi un système séministe, mais, à la différence d’Hippocrate, il estime que la liqueur répandue par la femme pendant le coït est dénuée d’essence de vie. Le principe prolifique n’est contenu que dans la seule semence du mâle, sous la forme d’un fluide éthéré et subtil. Le rôle de la femme se réduit à la fourniture du sang menstruel, matière brute et inerte, mais nécessaire à la formation et à la nourriture du fœtus. Le principe d’Aristote repose donc tout entier sur la supériorité du mâle dans le processus de reproduction. Il introduit par là même un préjugé d’inspiration misogyne dans les systèmes de génération.

– Pendant tout le Moyen Âge, d’Aristote à Descartes, la pensée est figée. Harvey cependant en 1651, en examinant des matrices de biches, découvre les ovaires qu’il appelle… testicules. Il ne leur attribue d’ailleurs qu’un rôle annexe.

– De Graaf, en 1672, qualifie d’ovaires les testicules féminins d’Harvey et décrit les follicules qu’il prend pour les œufs eux-mêmes. « Ces œufs, qui transitent par les trompes de Fallope, sont fécondés par l’aura seminalis, sorte de vapeur éthérée qui se dégage du sperme masculin. » Ainsi pourra-t-on dire de De Graaf qu’il est le père de l’ovisme. De Graaf s’en explique : « Je prétends, dit-il, que tous les animaux et même l’homme tirent leur origine d’un œuf, non pas d’un œuf formé dans la matrice par la semence, au sentiment d’Aristote, ou par la vertu séminale suivant Harvey, mais d’un œuf qui existe avant le coït dans les testicules des femelles. »

– Presque à la même période, Hamm et Leuwenhoeck, grâce au microscope, découvrent les spermatozoïdes dans le sperme. Ces derniers, qualifiés de vers, de poissons, de têtards, d’animalcules, détrônent l’œuf de De Graaf. On leur confère la source de l’homme. Ils vont aider le mâle à retrouver son prestige créateur que l’ovisme lui avait ôté un temps. « Voilà donc toute la fécondité qui avait été attribuée aux femelles rendue aux mâles », dira Maupertuis en 1745.

– Cette découverte des animalcules donne naissance à toute une série de découvertes animalculistes. Andry écrira : « Ces vers spermatiques, qui sont dans un mouvement continuel, vont dans la cavité de la matrice. Ils rencontrent cet œuf, ils tournent à l’entour, ils courent dessus. Le plus habile trouve l’orifice qui s’est formé lorsque l’œuf s’est détaché de l’ovaire. À cet endroit, il y a une valvule qui permet au ver d’entrer dans l’œuf mais qui l’en empêche d’en sortir, parce qu’elle se ferme du dedans en dehors. Cette valvule est tenue en arrêt par la queue du ver qui donne contre la valvule, en sorte qu’elle ne peut pas même s’ouvrir de dehors en dedans : ce qui est cause qu’un autre ver ne saurait y entrer. »

– Maupertuis et Buffon fondent quant à eux le moléculisme : « Les semences mâles et femelles sont constituées de particules organiques soumises à une attraction réciproque. Les particules de ces deux semences, qui sont destinées à former le cœur, la tête, les entrailles, les bras, les jambes, ont entre elles un grand rapport d’affinité. Elles sont d’ailleurs douées d’un instinct animal, elles se rapprochent de ce qui les intéresse et fuient ce qui leur est nuisible. Quant aux prétendus animalcules, ils n’ont d’autre fonction que de faciliter par leur mouvement l’agitation moléculaire. »

Ainsi, à la fin du XVIIIe siècle, deux grands corps d’idées s’opposent en ce qui concerne le concept de fécondation :

– Les épigénistes : tels Hippocrate et Aristote avec leur théorie de la double semence, tels Maupertuis et Bufon et les épigénistes moléculistes, ils considèrent que l’embryon (le terme date de 1361) se forme graduellement par élaboration de parties nouvelles qui n’existaient pas en germe.

– Les préformistes : ils prétendent que le nouvel être ne se forme pas, mais qu’il existe en petit et en entier dans le germe. Celui-ci s’agrandit, se déploie pour donner l’être vivant. Maupertuis évoque l’analogie...