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Quelles pratiques didactiques pour favoriser la transition secondaire-université ?

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Jean-Louis Dufays
, 
Marie-Laurence De Keersmaecker
, 
Alain Meurant

Chapitre 4. Les programmes de sciences et de mathématiques

Table ronde coordonnée par Myriam De Kesel, Christiane Hauchart, Jacques Lega, Jim Plumat, Yvonne Scieur et Bernard Tinant

Philippe Cappelle, Marielle Cherpion, Myriam De Kesel, Martine Delvigne, Christiane Hauchart, Jacques Lega, Dany Legrand, André Lejeune, Jim Plumat, Emmanuel Thiran, Bernard Tinant et Françoise Van Dieren

Texte intégral

1. Quels sont les difficultés et les acquis constatés chez les étudiants de 1re année de bachelier ?

1.1. En mathématiques : réponse de Marielle Cherpion

1En ce qui concerne les acquis en mathématiques, nous constatons en général que les étudiants de 1re année de bachelier connaissent les notions importantes, comme par exemple en mathématiques, les dérivées, les intégrales... Ils sont également habitués à faire des calculs de drill, des exercices de routine. Ils connaissent beaucoup de « recettes » et de « trucs » pour arriver au bout d’un exercice.

2Mais ils ne savent pas pourquoi ces « trucs » et ces « recettes » fonctionnent. Ils ne se posent pas la question de savoir si ça va marcher dans tous les cas. On leur a dit qu’ils devaient faire comme cela, ils ne se posent pas plus de questions.

3Les étudiants sont également assez démunis face à une démonstration : comment faire pour l’étudier, quelles sont les grandes étapes, dégager ce qui est important de ce qui l’est moins. Où interviennent les hypothèses, pourquoi sont-elles importantes, que se passerait-il si on ne les émettait pas ?

4Les étudiants n’ont apparemment pas l’habitude de produire eux-mêmes des exemples et des contre-exemples, d’illustrer un énoncé par un dessin, de dire en français ce que signifie un énoncé ou une phrase mathématiques.

5Ils cloisonnent la matière, chapitre par chapitre, et ont souvent du mal à faire des liens entre les différentes parties de la matière ou avec les autres cours.

6Lors de la résolution d’un exercice, on rencontre la difficulté de dégager les différentes étapes de la solution et surtout de commencer à résoudre l’exercice. Ensuite, les calculs ne posent pas de problèmes, le tout est de savoir comment commencer...

7Passer d’un exercice chiffré au même type d’exercice avec des lettres est très difficile pour les étudiants : on constate une grande difficulté d’abstraction. Ce point semble aussi être soulevé dans les autres branches scientifiques, ainsi que des lacunes lors de la rédaction de réponses à un exercice. Les problèmes relevés proviennent de la maitrise du français : pouvoir émettre des phrases qui ont du sens, utiliser les mots corrects, ne pas mettre des flèches dans tous les sens. Lors des examens, on constate souvent des erreurs dues principalement au fait que les étudiants n’ont pas bien compris la question.

8Enfin, faire le lien entre différentes notations, changement de notations par rapport à ce qu’ils ont vu en humanité ou dans les autres branches scientifiques est aussi un problème que l’on constate chez nos étudiants.

1.2. En chimie : réponse de Bernard Tinant

9Comme les autres sciences, l’enseignement de la chimie en baccalauréat rencontre des problèmes liés à la rigueur, au bon sens, à la lecture de graphes, etc.

10La chimie présente une difficulté supplémentaire inhérente à la nature même de cette science ; c’est cela que je veux évoquer ici.

  • 53 Atkins P. & Jones L. (2004), Chimie : molécules, matière, métamorphoses, Louvain-la-Neuve, De Boeck

11P. Atkins, auteur de nombreux et bons livres de chimie53, appelle cela le « sens chimique ». En chimie, la réactivité entre atomes et molécules dans le monde microscopique est non appréhendable de façon sensible car atomes et molécules sont des objets trop petits. P. Atkins explique que c’est un peu comme si on survolait la terre à quelques centaines de kilomètres de distance : on voit des lumières, on voit des mouvements, mais on ne voit pas exactement ce qui se passe, on doit donc le deviner. L’enseignement de la chimie va devoir en permanence passer du registre des phénomènes (monde macroscopique, presque tout ce que je touche a quelque chose à voir avec la chimie) au registre des modèles (monde microscopique qu’il faut imaginer). On rencontre moins cette difficulté en biologie ou en physique : on va dessiner la cellule en reproduisant certains éléments parmi ceux que l’on observe au microscope. C’est la même chose en physique, on peut sentir certaines choses : on sait naturellement ce qu’il faut faire pour ouvrir une porte. Il n’y a pas d’équivalent en chimie.

12Ce « sens chimique » s’acquiert tout au début de l’apprentissage de la chimie ; il est en rapport avec les fondements de la discipline, avec des questions telles que « pourquoi les chimistes utilisent-ils des symboles, ou encore des unités spécifiques comme la mole pour parler de quantités ? ». Sans la compréhension de cela, la chimie devient une science de formules dont on ne voit pas ce qu’il y a derrière. Cette perte de sens conduit trop souvent à un rejet de l’ensemble de la chimie.

13Il est très probable que les professeurs dont la formation initiale est la chimie sont plus sensibles à ces aspects. Je n’ai pas de solution à proposer (peut-être faudrait-il commencer la chimie plus tard ?), mais ce serait merveilleux de n’avoir au cours de chimie que des étudiants émerveillés qui découvrent ou qui approfondissent la chimie autrement que par ces enchevêtrements de formules barbares sans aucun sens.

1.3. En biologie : réponse d’André Lejeune

14Les prérequis pour le cours de biologie en 1re année de bachelier sont essentiellement transversaux. Ceux qui semblent acquis sont la maitrise du vocabulaire français à la lecture, la capacité à observer et interpréter et les connaissances générales en biologie et en chimie.

15Les difficultés principales sont de discerner les idées essentielles d’un texte, la maitrise du vocabulaire scientifique, l’écriture d’un texte (syntaxe et structuration) et les aspects quantitatifs (probabilités, mesures, unités).

16Une difficulté transversale importante est la quantité et la régularité de travail presté. Soixante crédits annuels de vingt-quatre heures de travail correspondent à 1440 heures de travail par les étudiants. De discussions informelles avec eux, il ressort qu’ils sont nombreux à croire, souvent de bonne foi, qu’ils sont débordés alors que leur temps de travail, sans être négligeable, n’atteint pas quarante heures par semaine. Par ailleurs, les études scientifiques en particulier sont caractérisées par une continuité dans les matières. Un effort intense durant une période courte seulement ne permet dès lors pas d’atteindre les exigences de l’enseignement.

17Pour faire face à ces difficultés, différentes actions de prévention ou de remédiation sont menées à l’UCL : « Passeports » (test sur les prérequis à la rentrée académique), séances de méthodologie, contrôles réguliers (rapports de laboratoires, interrogations avant certains laboratoires, grosses interrogations de la fin de la cinquième semaine du premier quadrimestre), monitorats (séances libres de questions/réponses hebdomadaires), discours incitant des enseignants et d’étudiants plus avancés, etc.

1.4. En physique : réponse de Jacques Lega

18Outre les difficultés transversales signalées plus haut, celles qui sont propres à la physique sont liées d’une part à l’utilisation des outils mathématiques, principalement les vecteurs et l’analyse infinitésimale, dont la maitrise est indispensable dans un enseignement de physique de niveau universitaire, et d’autre part aux nombreuses préconceptions erronées, issues de la vie quotidienne et difficiles à éradiquer.

19En ce qui concerne l’aspect mathématique, la principale difficulté réside dans la compréhension de la véritable signification des formules. Ainsi, par exemple, l’accélération a = Δv/Δt est définie comme étant le rapport entre la variation de la vitesse et la durée de l’intervalle de temps correspondant. Cependant, pour beaucoup d’étudiants, cette formule se réduit à l’expression a = v/t, qui n’est valable que si la vitesse, initialement nulle, augmente linéairement avec le temps. La notion de variation est donc souvent escamotée, ce qui amène ces étudiants à considérer que, lorsque la vitesse est nulle, l’accélération est automatiquement nulle.

20Les préconceptions, quant à elles, constituent un sérieux obstacle à l’apprentissage, et on en retrouve malheureusement encore beaucoup, même après les études supérieures. On peut ainsi citer l’exemple du projectile lancé vers le haut. Pour de nombreux étudiants, la force qui a permis de lancer l’objet l’accompagne tout au long de son mouvement et s’ajoute donc au poids, ainsi qu’aux éventuelles forces de frottement. De même, la présence quasi permanente des frottements dans la vie courante contribue à ancrer l’idée qu’il est toujours nécessaire d’appliquer une force sur un objet pour qu’il puisse se déplacer à vitesse constante.

21Pour surmonter ces difficultés, les étudiants doivent absolument concentrer leurs efforts sur la compréhension, ce qui nécessite souvent beaucoup de temps. Malheureusement, si cette démarche n’est pas entreprise suffisamment tôt, ils en sont souvent réduits à devoir utiliser leur mémoire de manière totalement inefficace.

2. Quelles spécificités et quelles potentialités les programmes actuels présentent-ils au regard de la transition secondaire-université ?

2.1. En mathématiques : réponse de Françoise Van Dieren

22Dans les rencontres axées sur la concertation entre niveaux d’enseignement, l’impréparation des arrivants au niveau supérieur est inévitablement abordée. De rencontre en rencontre, d’année en année, les aspects mis en avant à propos des mathématiques évoluent peu. Ainsi, on a relevé que, si les étudiants maitrisent relativement bien les aspects procéduraux de la discipline, devant des exercices plus complexes, ils ont du mal à se rappeler « comment on fait » et, surtout, sont incapables de justifier les démarches utilisées. On a évoqué des lacunes dans l’utilisation des connecteurs logiques, dans la cohérence d’expression d’un raisonnement, dans l’élaboration d’une synthèse. Carences bien réelles, contre lesquelles des générations d’enseignants, de chercheurs, d’équipes d’enseignants, d’auteurs de programmes se penchent depuis... toujours sans doute.

  • 54 Après une enquête « classique » sous forme de questions-réponses ; des tables de discussions ont ré (...)

23Les programmes actuels de la FESeC ont été conçus en réponse aux attentes des enseignants qui se sont exprimés lors d’une large enquête54. Conformément au cahier des charges émanant de l’institution, les programmes actuels présentent peu de modifications de contenus, mais se caractérisent par :

  • une meilleure articulation des directives décrétales en matière de compétences avec la nature des mathématiques elles-mêmes et avec ses visées formatives ;
  • une clarification des contenus à enseigner et à évaluer année par année ;
  • un recentrage sur une cohérence globale pour l’ensemble du secondaire concernant le langage, les contenus théoriques, l’habileté procédurale (articulée aux propriétés qui les fondent et à son utilisation dans des contextes), les modes de pensées spécifiques (le raisonnement géométrique, algébrique, analytique, la pensée aléatoire).

24Ces visées sont mises en évidence tant par la structure d’ensemble du texte que par le souci de précision dans la rédaction elle-même. Une rubrique « D’où vient-on ? » introduit chaque chapitre. Elle récapitule et situe brièvement les acquis des années antérieures. Rubrique suivie d’une autre, « Où va-t-on ? », qui donne des indications quant au sens et à la portée des matières à enseigner. Le corps du programme se présente sous la forme d’un tableau : en regard des contenus, des directives sont données quant à la manière de les traiter, le niveau de rigueur à atteindre. À l’issue de chaque chapitre, une liste de tâches permet à l’enseignant de cibler ce qui doit faire l’objet d’évaluations certificatives.

25Ces programmes mis en application entre 2008 et 2010 n’ont pas encore d’effets perceptibles sur les compétences des élèves qui arrivent actuellement à l’université. Les échos attestent cependant que les enseignants apprécient la clarté et la cohérence de cette nouvelle génération de programmes, qu’ils sont satisfaits de la sobriété et du réalisme des directives en matière de compétences.

26Comme observatrice attentive des réalités scolaires, je me permets de terminer cette intervention en attirant l’attention des acteurs sur deux préoccupations qui devraient guider les actions futures :

  • remettre inlassablement sur le métier et pour chaque champ conceptuel introduit, une exploration de ce que Vygotski appelle la « zone proximale de développement » de l’apprenant, cet ensemble de connaissances, d’images mentales et de capacités de réflexions déjà là ou en cours de construction qui, bien exploités, permettent une réelle appropriation de nouveaux sujets ;
  • prendre en considération de manière plus explicite et collégiale la planification du travail des élèves, des étudiants.

2.2. En mathématiques : réponse de Dany Legrand

27Tout d’abord, les actuels programmes de mathématiques du 3e degré de transition contiennent des matières dont beaucoup d’étudiants auront besoin dans la partie mathématique de leur parcours supérieur. L’analyse, le traitement de données et la géométrie où s’exerce la vision dans l’espace occupent une place de choix.

28Ensuite, dans ces programmes, l’accent est mis sur la compréhension et le sens dans l’étude des concepts plutôt que dans une reproduction d’énoncés et de résultats figés. Cette compréhension sera bien nécessaire quand la matière au supérieur sera plus vaste, vue à un rythme plus rapide et plus en profondeur.

29Enfin, les programmes mettent l’accent sur la résolution de problèmes, c’est-à-dire sur des énoncés pas forcément difficiles, mais où l’élève se retrouve non devant une tâche technique à reproduire mais devant une question d’apparence nouvelle pour laquelle il a une part d’initiative et doit choisir sa démarche.

2.3. En sciences : réponse de Philippe Cappelle

30Au regard du taux d’échec dans l’enseignement supérieur, la question de la transition enseignement secondaire-enseignement supérieur est particulièrement cruciale dans le domaine général des sciences. Elle est aussi générale, puisque des constats similaires sont posés dans la plupart des pays industrialisés.

31Les facteurs explicatifs de ce taux d’échec sont multiples et chaque partenaire ne pourra apporter qu’un élément de réponse. Les concepteurs de programmes ne sont, à ce point de vue, pas mieux lotis que d’autres partenaires… D’autant que les objectifs assignés aux programmes sont nombreux et parfois contradictoires ! Faut-il privilégier la formation humaniste et culturelle ou mettre l’accent sur une formation spécialisée ?

32Les experts ne s’entendent d’ailleurs pas toujours sur la meilleure manière d’atteindre certains objectifs ! En effet, si l’intention consiste à mieux préparer les élèves à aborder des études supérieures à caractère scientifique, que s’agit-il de faire durant les humanités :

  • travailler sur la motivation, reconnue par beaucoup comme un élément-clé de la réussite ?
  • apprendre à gérer et à étudier une quantité importante de matière ?
  • installer durablement les concepts et les modèles fondamentaux des disciplines ?
  • développer des arguments aussi bien à l’écrit qu’à l’oral ?
  • développer l’initiative et l’esprit critique dans la gestion d’une situation complexe ?

33C’est bien tout cela qu’il s’agit de faire durant les humanités, diront certains sans hésitation !

34Oui, mais ! Le temps est compté et des choix doivent se faire, d’autant que les élèves que nous avons devant nous sont des adultes « en devenir », en plein développement de leur personnalité et de leurs capacités mentales.

35Nous avons donc fait des choix, d’ailleurs dans un début de partenariat avec des collègues du supérieur puisque plusieurs d’entre eux ont participé à la confection des tout récents programmes de sciences.

36En quelques mots, voici ces choix :

  1. sur la base de l’étude menée dans l’Académie sur les préacquis/prérequis (en fait donc, sur la confrontation entre ce que les professeurs de 1re année de bachelier considèrent comme connu et ce que les étudiants connaissent vraiment), nous avons identifié dans nos disciplines des concepts noyaux essentiels à installer correctement ;
  2. souci d’améliorer la qualité de la formation en établissant des ponts entre les disciplines pour faire en sorte que les apprentissages se renforcent, par exemple entre les maths et la physique ou la chimie ;
  3. souhait de développer à la fois la motivation, l’autonomie et la prise de recul à travers un enseignement qui laisse davantage de place à des questions qui ont du sens et qu’il faut résoudre seul ou en groupes. Elles sont de trois types :
    • décrire et expliquer un phénomène ou le fonctionnement d’un objet ;
    • résoudre une application numérique ;
    • mener à bien une expérience.

37C’est certain, bien d’autres améliorations pourraient être apportées à cette transition, par exemple dans la découverte des métiers ou dans une transition moins brutale entre secondaire et universitaire. Pour ma part, je suis persuadé que c’est dans une meilleure connaissance respective de nos « deux mondes » que se situe le défi qui nous est lancé d’un taux de réussite élevé dans le supérieur.

2.4. En physique : réponse d’Emmanuel Thiran

38Les nouveaux programmes en sciences ont clairement balisé ce qui est attendu des élèves : un juste équilibre entre l’exigence d’une maitrise suffisante des ressources (savoirs et savoir-faire disciplinaires) et celle des « compétences ». De plus, cette nébuleuse des « compétences » dans laquelle beaucoup d’enseignants de terrain se sentaient perdus a enfin été traduite en un langage compréhensible et beaucoup plus opérationnel : celui des « familles de tâches ». À mon sens, ces tâches, qui représentent l’objectif évaluable à atteindre au terme des humanités, ne fixent pas qu’un mode d’évaluation. Elles donnent aussi une orientation pédagogique, et celle-ci me réjouit car elle est en phase avec des objectifs pédagogiques qui me sont chers. Voyons cela plus en détails.

39Les tâches sont des situations-problèmes qui rencontrent quatre critères. Elles doivent être à la fois contextualisées, complexes, non guidées, et inédites. Or, comme enseignant...

  • j’aime ancrer les contenus de mes cours dans le concret du monde qui nous entoure. Ainsi, l’exigence de contextualisation des situations-problèmes me plait. Elle est d’ailleurs un facteur important de motivation pour les élèves, de l’aveu même de ceux qui passent les épreuves d’évaluation inter-réseaux : ils ont aimé ce type de défi ! Mais surtout, cette contextualisation met au centre la question du sens concret des notions apprises. Durant les cours, il est primordial de chercher à ce que les élèves visualisent en quoi ce dont on leur parle est lié intimement à leur monde. Heureusement, la physique offre en ce domaine d’innombrables portes d’entrée, notamment technologiques !
  • j’aime essayer d’apprendre à mes élèves à structurer leurs pensées et leurs idées et à raisonner logiquement sur un sujet bien défini, plus qu’à connaitre cent lois physiques différentes. Cette orientation dans ma pratique rejoint la nécessité du caractère à la fois complexe et non guidé de la tâche. Complexe ne doit pas être compris dans le sens de « compliqué », heureusement pour nos élèves ! Cela signifie que la tâche exige une articulation de plusieurs ressources distinctes pour être résolue. La tâche doit être non guidée, dans le sens où la consigne ne donnera pas à l’élève les étapes à suivre pour la réaliser (à la différence des questions du bac en France par exemple). On attend donc de lui qu’il réfléchisse, qu’il structure et organise sa réponse en puisant de lui-même dans les outils de savoir/savoir-faire dont il dispose. C’est donc moins « connaitre », et plus « comprendre pour savoir ce qu’il faudrait connaitre » qui est l’objectif visé. C’est certainement une aptitude fondamentale à acquérir dans notre monde de savoirs à la fois plus facilement accessibles et en mutation rapide et dans lequel la gestion du complexe est omniprésente ;
  • j’aime aider mes élèves à s’exprimer. Je leur répète souvent : « ce n’est pas tout de comprendre pour vous-même dans votre tête comment cela fonctionne, encore faut-il pouvoir l’expliquer à d’autres d’une manière telle qu’ils vous comprennent. Alors vous pourrez sans doute espérer un salaire ! » En sciences exactes, l’expression est toujours triple : un même concept est traduit à la fois par du français, par des schémas, et par des formules mathématiques. Ainsi, je me réjouis de l’importance accordée dans toutes les tâches à la qualité de la communication. Tant avec les mots (FT1), les schémas (FT4) qu’avec les mathématiques (FT3) ;
  • par contre, l’exigence du caractère inédit des tâches me pose question. Je n’aime pas le « par cœur », ni la « bête » restitution ! Mais si on prend ce caractère « inédit » trop à la lettre, il y a ici un risque bien réel de dérive. La frontière entre un exercice non vu faisable et un exercice nouveau infaisable n’est pas toujours simple à délimiter en pratique. Parfois, on croit juste faire une modification mineure d’un exercice pourtant résolu en classe, et c’est néanmoins la catastrophe pour de nombreux élèves. Les nouveaux programmes ont heureusement nuancé ce qu’il fallait entendre par « tâche inédite », c’est-à-dire qui présente un certain caractère neuf pour les élèves, le degré d’innovation étant adapté au type de tâche et au niveau des élèves.

40Ainsi, les nouvelles familles de tâches invitent à un apprentissage à la réflexion et à la structuration autonome, non guidée, et axée sur des situations du monde réel. Elles rappellent aussi l’importance et la complémentarité des trois modes d’expression des mêmes concepts de sciences : mot – schémas – mathématiques.

41Cela me semble être un objectif vraiment enthousiasmant et, je l’espère, une passerelle efficace vers la réussite de nos élèves dans l’enseignement universitaire.

2.5. En biologie et en chimie : réponse de Martine Delvigne et Myriam De Kesel

42Il sera question ici des programmes de sciences générales et de sciences de base de l’enseignement secondaire catholique qui sont en application depuis septembre 2009 en 3e, d’application future en septembre 2010 en 4e, en 2011 en 5e et 2012 en 6e. Ces programmes ont été repensés et recréés sur la base des résultats d’une enquête menée par la FESeC (cf. http://www.segec.be/​Documents/​Fesec/​Programmes/​1d_Rapport_final.pdf) et sur la base d’une étude menée par Marc Romainville sur la maitrise des prérequis en 1re année de bachelier (cf. http://www.fundp.ac.be/​pdf/​projets/​03655003._pdf).

43Les nouveaux programmes prévoient un enseignement en spirale de concepts-clés afin de raviver les préacquis « enfouis » et indispensables pour entamer des études supérieures en sciences.

44Une des difficultés majeures à laquelle les professeurs du secondaire sont confrontés est le fait que, d’une année à l’autre, voire d’un thème à l’autre, les « prérequis ne sont pas acquis ou, du moins, sont oubliés ». Lors de l’accès à l’enseignement supérieur, le phénomène est accentué car les concepts considérés comme acquis ont été abordés pour la plupart au deuxième degré et sont donc majoritairement « enfouis ». Afin de raviver ces préacquis indispensables, les nouveaux programmes en sciences ont prévu un enseignement en spirale des concepts-clés abordés en 4e. Cet enseignement se caractérise par un réinvestissement des acquis du deuxième degré dans les thèmes abordés au 3e degré. En biologie, les notions de base concernant l’ultrastructure et la physiologie cellulaire sont revues, approfondies et exploitées lors de l’étude des systèmes physiologiques humains en 5e et de la génétique en 6e. Selon les concepteurs des programmes, cette appropriation en spirale devrait favoriser la transition secondaire-université.

45Les nouveaux programmes sont plus lisibles et proposent un timing clair et suffisamment « large », ce qui encourage la mise en œuvre de « tâches » au service de l’acquisition des savoirs et favorise dès lors une acquisition « plus homogène » des concepts indispensables pour entamer des études supérieures en sciences.

46Du fait des disparités importantes existant actuellement entre les établissements du secondaire, l’hétérogénéité du public d’un auditoire de 1re année de bachelier, en termes de savoirs et de savoir-faire, ne fait qu’augmenter ces dernières années. Afin de favoriser un enseignement plus homogène dans le secondaire, lors de l’écriture des nouveaux programmes, l’accent a été mis sur une meilleure lisibilité. Les concepts à aborder ont été classifiés comme suit :

  1. les obligatoires, qui incluent :
    • les rappels nécessaires pour le thème étudié qui sont prescrits dans les programmes ;
    • les noyaux, concepts essentiels qui doivent être approfondis et « ravivés » autant que possible ;
    • les spécifiques, concepts propres au thème abordé ;
  2. les facultatifs, qui sont mentionnés et laissés au choix des professeurs qui les abordent si le temps leur permet.

47Un timing large intégrant le temps à consacrer même aux rappels est proposé et recommandé ; ce qui, normalement, devrait permettre à tout étudiant accédant au supérieur d’avoir un bagage presque identique. Même s’il est illusoire d’y parvenir uniquement sur cette base, les nouveaux programmes ont le mérite d’avoir été reconçus pour favoriser cet aspect.

48Enfin, les nouveaux programmes remettent à l’honneur l’expérimentation, qui favorise l’acquisition de la démarche scientifique et des savoir-faire indispensables pour entamer des études supérieures en sciences.

49Peu d’établissements scolaires jouissent de l’infrastructure et de l’encadrement nécessaires pour mener à bien des séances expérimentales avec leurs élèves. Les nouveaux programmes suggèrent des activités et/ou des mises en œuvre plus adaptées afin de favoriser l’appropriation de la démarche scientifique par tous les élèves. Ils préconisent des sorties sur le terrain, des visites de musées et la réalisation de travaux pratiques dans des laboratoires universitaires. Ils proposent également des expériences facilement réalisables en classe pour les sciences générales ou des démonstrations expérimentales pour les sciences de base. Le simple fait de familiariser les élèves avec le principe d’une démarche scientifique, la rigueur que nécessite cette démarche, la manipulation du matériel scientifique… est très certainement un plus pour leur permettre d’aborder plus facilement une première année de baccalauréat en sciences.

3. Quelles pratiques didactiques concrètes peut-on préconiser en 6e secondaire pour favoriser la réussite à l’université ?

3.1. En mathématiques : réponse de Dany Legrand

50L’apprentissage par situations-problèmes, s’il n’est pas la panacée et ne doit pas constituer le seul mode d’apprentissage, développe chez l’élève des qualités nécessaires dans l’enseignement supérieur. Dans cette approche, l’élève est poussé à devenir autonome dans son démarrage, à utiliser son imagination, à établir des conjectures, à avancer par essais-erreurs, à vérifier ses propositions, à rechercher dans ses connaissances antérieures celles qui peuvent servir, à affiner son raisonnement. Ce type de démarche se retrouve par exemple en médecine, où l’enseignement se fait de plus en plus par l’étude de cas, ou chez les futurs ingénieurs, où la part des projets devient prédominante.

51Par ailleurs, la compréhension et le sens sont essentiels. Vu le manque de temps, il n’est souvent pas possible dans le secondaire de voir les concepts sous tous leurs aspects en profondeur. Il me semble souhaitable de limiter le champ de travail mais d’y réaliser un travail fouillé.

52Prenons par exemple le calcul des limites en analyse. La définition « en epsilon-delta », chère aux mathématiciens et indispensable pour des fonctions non élémentaires est trop abstraite pour une majorité d’élèves, et son enseignement amène souvent l’abandon ou l’étude par cœur. Mieux vaut, me semble-t-il, limiter la classe des fonctions étudiées, choisir des définitions plus imagées, mais dont la rigueur est suffisante dans ce cas. Dans ce domaine restreint, on peut alors exercer la rigueur, le raisonnement et une vraie compréhension, et exiger une expression orale et écrite correcte. Il suffira, pour ne pas leurrer les élèves et élargir leur paysage, de leur montrer quelques fonctions hors du champ étudié pour les préparer à une étude plus théorique et générale dans le supérieur.

3.2. En mathématiques : réponse de Christiane Hauchart

53Il peut sembler naturel que, dans un cours de mathématiques, on exige dès le début que les étudiants soient rigoureux. L’objectif de l’enseignement des mathématiques est de les mener vers les mathématiques véhiculaires, celles que l’on trouve dans les traités, soit un exposé construit sur des axiomes et des règles de logique, exposé linéaire, où les démonstrations sont présentées déductivement.

  • 55 Freudenthal H. (1973), Mathematics as an educational task, Dordrecht, D. Reidel.

54Puisque d’une certaine façon, les mathématiques sont essentiellement constituées de rigueur, cela signifie-t-il qu’il faille entrainer les étudiants à cette rigueur-là le plus tôt possible ? La réponse est paradoxalement « non ». C’est là qu’interviennent les niveaux ou paliers de rigueur55.

  • 56 Charlot B. (1991), in R. Bkouche, B. Charlot & N. Rouche (Éds.), Faire des mathématiques, le plaisi (...)

55« Certes, la rigueur de la pensée et du langage reste un des objectifs essentiels de l’apprentissage des mathématiques. Mais précisément, elle en est l’objectif et non la base » précise Bernard Charlot56.

Exemple

56Illustrons ceci à propos de la propriété suivante : quels que soient les deux nombres naturels a et b, on obtient le même résultat en faisant axb ou bxa. Cette propriété est évidente par exemple dans le cas particulier de 3 et 4 : il suffit de considérer deux rectangles placés côte à côte, l’un de base 3 et de hauteur 4, l’autre de base 4 et de hauteur 3. Et l’on réalise qu’on aura la même évidence si l’on prend d’autres nombres que 3 et 4. On est loin d’une démonstration en bonne et due forme qui s’appuierait sur les axiomes de Péano, et pourtant la pensée témoigne d’une rigueur, bien suffisante au niveau du secondaire.

Un autre exemple : quand faut-il introduire les définitions ?

57Par souci de rigueur, il arrive que l’on introduise les définitions, même celles dont l’utilité n’est pas perceptible à l’étudiant. C’est le cas par exemple lorsque l’on définit d’emblée deux droites parallèles en y incluant les droites confondues. À un certain niveau, la recherche de la rigueur pour elle-même est une pratique perturbante pour l’élève.

  • 57 Op. cit.

58« Les définitions sont des outils pour comprendre des phénomènes (éventuellement mathématiques) et construire des preuves. On ne peut définir une chose que si on la connait déjà » souligne H. Freudenthal57.

3.3. En physique : réponse d’Emmanuel Thiran

Développer seulement quelques sujets « noyaux », mais prendre le temps de le faire « en profondeur » et « en largeur »

59En profondeur : procéder par une succession d’étapes : observer (par une expérience), visualiser (avec une applet java explicative), formuler en français (définir les mots), traduire en formules (enfin l’aspect quantitatif), s’exercer (des exemples concrets), montrer les limites de validité.

60En largeur : montrer des applications concrètes (par exemple technologiques), raconter les aspects historiques (tout ne s’est pas fait en un jour, ni sans erreur), et ajouter des détails mathématiques (attention à ne pas y aller trop vite ou trop fort).

61Ainsi, le sujet traité acquiert de l’épaisseur, de la nuance et de la complexité. S’il est bien compris, il pourra par la suite servir de base à d’autres apprentissages en profondeur par analogie. En sciences, on comprend essentiellement par analogies successives... alors, autant disposer de quelques modèles bien ancrés, plutôt que de cinquante modèles complètement flous !

Favoriser l’émergence de questions

62Par exemple, dans les travaux pratiques, proposer des situations suffisamment ouvertes (pas un protocole strict et linéaire) dans lesquelles la mise au point du dispositif, ou le phénomène observé lui-même, ou encore les résultats accumulés posent eux-mêmes des questions et demander aux élèves de formuler celles-ci dans leur rapport.

63Mais aussi durant les cours, si les élèves sentent qu’ils ont un droit de parole et que l’enseignant cherche à leur répondre sans esquive, cela crée une dynamique intéressante. Poser une question, c’est d’abord réfléchir, puis formuler sa pensée. Mais c’est aussi exister face au professeur. Il y a un peu de défi derrière les phrases « Monsieur, et si on disait que... ». Et les adolescents adorent jouer avec les défis et les limites ! Les questions en classe, c’est à mon avis un espace de jeu qui ouvre à l’autonomie de la pensée. Ne serait-ce d’ailleurs pas une compétence essentielle (mais oubliée dans nos programmes) : savoir poser les bonnes questions !

Développer une meilleure coordination interdisciplinaire

64Ces coordinations peuvent être variées pour les cours de sciences :

  • avec les mathématiques : les vecteurs et la mécanique, les hyperboles et les interférences, les probabilités et la physique nucléaire, etc. ;
  • avec la géographie : comment utiliser un tableur pour analyser des données ?
  • avec le français : comment définir ? Comment construire une argumentation ?

65Les élèves cloisonnent beaucoup trop les matières qu’ils étudient. Ce n’est pas de leur faute ! Toute l’organisation scolaire des humanités les invite à ce morcellement. Alors, en coordonnant nos cours avec les collègues et en en parlant aux élèves, on les invite à chercher des liens, des passerelles, des analogies, à rechercher des cohérences entre des apprentissages qui a priori leur semblent déconnectés comme le français et la physique.

Évaluer les élèves de manière « prévisible » en utilisant une méthode du type de celle promue en France par André Antibi : « l’évaluation par contrat de confiance »

66La méthode consiste en gros à

  • donner à l’élève bien à l’avance une (large) liste de questions potentielles ;
  • lui donner à l’avance les correctifs détaillés de l’ensemble des questions ;
  • lui permettre de poser des questions sur ces correctifs avant l’évaluation ;
  • lui poser entre 60 % et 80 % des questions dans la liste.

67L’objectif de la méthode Antibi est triple : à la fois

  • motiver les élèves à étudier (en étant sûrs de ne pas être piégés par les questions) ;
  • leur rendre confiance en la valeur du travail scolaire (si j’étudie, j’ai des points et je réussis) ;
  • et par là rendre plus confiance en soi aux élèves (je suis capable de faire très bien certaines choses).

68Personnellement, pour atteindre ces buts, j’utilise depuis cinq ans une plateforme informatique d’eLearning (Moodle). C’est un espace internet privé dans lequel mes élèves peuvent télécharger l’ensemble de mes évaluations ainsi que leurs correctifs détaillés rédigés à la main et scannés (environ 300 pages de ressources). Des forums sont disponibles pour poser des questions et des liens vers des applets java ou d’autres pages Internet utiles sont fournis. La mise à disposition des anciennes évaluations est un succès qui ne se démode pas depuis son lancement. Plus de 90 % de mes élèves l’utilisent. Ils travaillent plus qu’avant, car ils savent que ce qui leur sera demandé sera proche de ce qu’ils auront étudié. Pas de surprise donc, pour l’essentiel. Pour moi, l’évaluation, surtout certificative, ne devrait pas être le lieu des surprises. Réservons-les pour les moments d’apprentissage.

3.4. En physique : réponse de Jim Plumat

69Beaucoup de recherches ont déjà montré que la persévérance des étudiants tant en cours d’année que pour la réussite académique tient à de multiples facteurs : les origines socio-économiques de l’étudiant, son travail régulier, son choix d’études, etc. Cependant, il apparait que le premier facteur explicatif tant pour l’engagement dans les études que pour la réussite académique est, pour l’étudiant, d’avoir le sentiment d’être efficace.

70Peut-être serait-il intéressant de permettre aux élèves de l’enseignement secondaire, futurs étudiants, de tester leur sentiment d’efficacité au sein même de leur établissement secondaire et ce d’une manière préventive. Ainsi, pourquoi ne pas organiser, dans les cours de sciences par exemple, durant le second semestre de la rhétorique, quelques cours et évaluations à la « manière de » l’enseignement supérieur ? Ainsi, donner l’occasion aux élèves de se confronter au mode de fonctionnement spécifique de l’enseignement supérieur ; d’étudier une quantité de matière plus substantielle, de passer des examens oraux, pourrait certainement, sinon mieux les préparer, du moins les conscientiser aux défis de l’enseignement supérieur et universitaire.

71Enfin, dans les cours de sciences, la résolution d’un problème de physique reste une difficulté majeure pour beaucoup d’étudiants de l’enseignement supérieur et universitaire. Pouvoir disposer de compétences pour mobiliser simultanément différentes formes de représentations d’un même concept en physique semble être un atout cognitif important. Celles-ci font référence au langage naturel écrit ou verbal, aux traces écrites statiques ou animées, aux dessins, aux schémas, aux graphiques, à la géométrie vectorielle, aux formules algébriques, etc. Les situations d’apprentissage en classe pourraient ainsi plus souvent s’organiser de manière telle que les liens entre ces différentes formes de représentations soient construites par l’apprenant lui-même.

3.5. En biologie : réponse de Myriam De Kesel

72Le discours universitaire brille par sa richesse, sa complexité et sa rigueur. Il est donc impératif d’entrainer les élèves du secondaire à pouvoir y accéder plus facilement.

73Une des compétences terminales majoritairement travaillée actuellement dans l’enseignement secondaire est la communication orale. Il serait utile que l’exercice de la communication écrite soit remis à l’honneur en donnant de multiples occasions aux élèves de s’exprimer correctement et rigoureusement par écrit. Pour ce faire, il faut les amener au préalable à développer des compétences telles que décoder des textes et dégager les idées essentielles, produire des textes, des schémas… en exigeant d’eux d’être le plus rigoureux possible. Ces apprentissages pourraient être favorisés par l’usage d’un lexique commun de vocabulaire et de savoir-faire que chaque élève garderait et étofferait au cours de ses six années d’études secondaires. On y trouverait des définitions de notions telles qu’observer, interpréter, synthétiser…, des représentations, des symboles de base… que tous les professeurs de l’établissement scolaire utiliseraient.

74Une autre approche serait de les familiariser, en dernière année, à décrypter des textes scientifiques de type universitaire (cf. point suivant).

75Afin de mieux armer les rhétoriciens à aborder la réalité du terrain à l’université, une piste à suivre serait de leur présenter à l’occasion de deux ou trois cours, quelques extraits choisis de syllabus et/ou évaluations de 1re année de bachelier.

76Comme dit précédemment, il serait à mon sens très utile de présenter ponctuellement aux rhétoriciens des extraits de cours de 1re année de bachelier afin de les sensibiliser au discours scientifique universitaire et notamment à sa rigueur. Outre cet aspect qualitatif, il serait également souhaitable de leur faire découvrir la quantité de concepts abordés par heure de cours universitaire. Cette autre facette leur permettrait de mesurer en amont la vitesse à laquelle ils devront intégrer ces notions. Et enfin, des exemples d’évaluation pourraient les aiguiller sur le niveau d’exigence à atteindre en termes de connaissances et de maitrise de la matière. Ils seraient conscientisés de la différence existant entre les multiples évaluations formatives et/ou certificatives du secondaire et les quelques évaluations certificatives universitaires. Pas de droit à l’erreur ou si peu…

77Outre l’aspect didactique, il serait utile d’inciter les rhétoriciens à participer à des « journées portes ouvertes » au cours desquelles ils seraient invités à découvrir la grille horaire d’une semaine à l’université.

78En découvrant au préalable une grille horaire type d’une semaine de cours à l’université, ils pourraient entamer leur 1re année de bachelier en sciences en étant plus conscients de ce qui les attend. Ils sauraient que, pour réussir, la clé réside dans le fait de démarrer tout de suite, de fournir et de maintenir « en continu » une quantité de travail certainement nettement supérieure à ce qu’ils ont connu jusqu’alors. Y adhérer en amont pourrait les aider à s’adapter et donc à se projeter plus facilement dans leur futur proche.

Notes

53 Atkins P. & Jones L. (2004), Chimie : molécules, matière, métamorphoses, Louvain-la-Neuve, De Boeck.

54 Après une enquête « classique » sous forme de questions-réponses ; des tables de discussions ont réuni des enseignants et des représentants de l’institution à propos des sujets controversés. Enquêtes et discussions ont conduit à la rédaction d’un rapport (juin 2006) et d’un cahier des charges pour les commissions de programmes.

55 Freudenthal H. (1973), Mathematics as an educational task, Dordrecht, D. Reidel.

56 Charlot B. (1991), in R. Bkouche, B. Charlot & N. Rouche (Éds.), Faire des mathématiques, le plaisir du sens, Paris, A. Colin.

57 Op. cit.

Auteurs

Responsable du Secteur Sciences à la FESeC

Professeur de mathématique en 1re année de bachelier à l’UCL

Professeur de biologie et de chimie en 6e secondaire

Professeur de physique en 1re année de bachelier à l’UCL

Professeur de mathématique en 6e secondaire
Professeur de biologie en 1re année de bachelier à l’UCL

Docteur en sciences physiques, professeur de physique en 6e secondaire au CESL Notre-Dame des Champs à Uccle

Ancienne responsable du Secteur Mathématiques à la FESeC et rédactrice des nouveaux programmes

© Presses universitaires de Louvain, 2010

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