Éléments de méthode scientifique pour l’école maternelle

11Après une présentation rapide des éléments de méthode scientifique accessible à l’école maternelle (Blanquet & Picholle, 2016 ; Blanquet, 2014), nous discuterons plus en détail des trois qui feront l’objet de l’outil d’évaluation proposée dans la seconde partie de ce chapitre, à savoir la primauté de l’expérience, la reproductibilité et la robustesse. Des présentations plus détaillées des autres éléments de méthode scientifique pertinents à l’école maternelle, comme le recul (qui consiste à distinguer le monde physique et ses représentations et à naviguer entre les deux explicitement), sont accessibles en ligne (Blanquet & Picholle, 2017, 2015, 2012a et b, 2011a et b ; Blanquet, 2010).

12Cinq éléments ont dans un premier temps été identifiés comme potentiellement accessibles aux élèves de maternelle : primauté de l’expérience, test de sa reproductibilité (répétabilité et réplicabilité) et de sa robustesse, recul, navigation entre le général et le particulier (ou exploitation du spectre de généralité). Ils constituent un sous-ensemble d’un ensemble plus large d’éléments de scientificité adaptés à la science scolaire primaire résumés dans le tableau 1 suivant (Blanquet & Picholle, 2017).

13Des entretiens avec des élèves ayant participé à des séquences de sciences incluant un travail sur ces éléments ont ensuite mis en évidence leur capacité à se les approprier en contexte (Blanquet, 2014). Par ailleurs, il a été demandé à des conseillers pédagogiques départementaux avec la mission « maternelle » et des professeur·e·s de maternelle de classer ces différents éléments de méthode scientifique du plus facile au moins facile, selon eux, à travailler avec leurs élèves afin de sonder leur perception de la faisabilité d’un travail sur la méthode scientifique. La primauté de l’expérience, le test de la reproductibilité et de la robustesse d’une expérience ont été classés très majoritairement dans les trois premières positions et font l’objet de l’évaluation présentée.

Test de la reproductibilité d’une expérience

14S’assurer de la reproductibilité d’une expérience relève des « bonnes pratiques » scientifiques. Celles-ci peuvent se formuler sous la forme d’un « critère de scientificité : le résultat d’une expérience ne dépend pas de l’observateur ; son énoncé peut être testé par n’importe quel observateur présent (Blanquet & Picholle, 2017) ».

15Tester de la reproductibilité d’une expérience implique donc de la refaire au moins une fois, et de confronter le nouveau résultat à ceux précédemment obtenus. Plus précisément, il s’agit de s’assurer, en reproduisant l’expérience, que les nouveaux résultats sont compatibles avec l’énoncé produit initialement. La formulation de l’énoncé des résultats est donc une étape essentielle et un élément clef de la fiabilité de la démarche expérimentale.

16À l’école maternelle, les énoncés des résultats des expériences sont le plus souvent qualitatifs, peu de mesures quantitatives étant réalisées. Ainsi, un objet posé dans l’eau flotte-t-il ou coule-t-il, un glaçon fond-il ou ne fond-il pas, de l’eau gèle-t-elle ou non, un sablier prend-il plus ou moins de temps pour s’écouler qu’un sablier de référence, un objet bascule-t-il ou non, tombe-t-il ou non lorsqu’il est suspendu à une poulie, etc. ? La formulation des énoncés en est alors facilitée.

17Des résultats qualitatifs d’expériences permettent en effet de s’affranchir d’une difficulté classique lorsqu’on réalise des mesures et que l’on produit des résultats quantitatifs, liée à l’obtention de plusieurs valeurs pour les mesures. Tester la reproductibilité d’une expérience avec ses élèves nécessite pour le·la professeur·e de l’avoir testée et d’avoir anticipé une formulation adaptée des résultats de l’expérience. Au minimum, le·la professeur·e doit être conscient·e du travail à réaliser avec les élèves pour aboutir à un énoncé qui permette de vérifier la reproductibilité de l’expérience dans les conditions de classe. On voit là un point de couplage entre les objectifs d’exploration du monde et ceux d’apprentissage du langage. Pour des expériences qualitatives aux résultats binaires (flotte/coule, tombe/ne tombe pas, etc.), l’énoncé des résultats s’avère facile à formuler et tester la reproductibilité de l’expérience consiste à s’assurer qu’on retrouve le même résultat (l’objet flotte, tombe, etc.).

18Notons, au niveau de l’école maternelle, que cet élément de méthode scientifique est à privilégier pour les expériences d’exploration de la matière plutôt que pour celles portant sur le vivant. Le concept de reproductibilité a en effet souvent en biologie une portée surtout statistique qui limite autant son accessibilité en classe de maternelle que des considérations théoriques sur la notion de précision d’une mesure, etc.

19La notion de reproductibilité associe implicitement les notions de répétabilité (la même personne obtiendra le même résultat si elle refait la même expérience) et de réplicabilité (une personne différente obtiendra également le même résultat). Pour de jeunes élèves, ces deux notions peuvent être distinctes : certains peuvent accepter a priori la répétabilité d’une expérience mais considérer qu’elle en revanche n’est pas a priori réplicable. Tester la reproductibilité d’une expérience à l’école maternelle consiste donc à s’assurer qu’une expérience est répétable et réplicable. De même, des élèves de maternelle ne tiennent pas forcément pour évident a priori qu’une même expérience reproduite à un autre moment ou dans un autre lieu fournira les mêmes résultats (sous réserve que ces éléments ne soient pas des paramètres pertinents de l’expérience). Enfin, refaire la même expérience avec de jeunes élèves implique également une vigilance particulière sur le matériel utilisé. Lorsque différents groupes mènent en parallèle une « même » expérience en classe, toute modification du matériel utilisé par deux groupes ou deux élèves différents est susceptible de fausser le test de la réplicabilité. En l’absence d’identification préalable des paramètres pertinents de l’expérience considérée, toute modification même infime du dispositif de référence revient en effet à conduire une nouvelle expérience.

20Les premiers résultats obtenus par Schauble (1996) et Varelas (1997) avec des élèves d’élémentaire ont mis en évidence que ces derniers ont des difficultés à « conceptualiser la procédure consistant à répéter les essais et trouver la valeur représentant au mieux les résultats de ces essais4 » (Varelas, 1997) quand les expériences quantitatives répétées conduisent à réaliser des mesures inévitablement différentes. Selon Varelas toujours :

Certains enfants semblent même ne pas avoir construit l’idée qui leur permettrait de s’appuyer sur le raisonnement selon lequel reproduire exactement la même situation expérimentale conduit exactement au même résultat ou refusent ou s’avèrent incapables de coordonner cette idée avec la connaissance empirique selon laquelle des essais répétés ne produisent pas, dans les faits, exactement les mêmes résultats5 (Varelas, 1997).

21Metz (2004) a par ailleurs demandé à des élèves de CE1 et CM1-CM2 comment réduire l’incertitude des résultats obtenus par leurs propres expériences et a montré, entre autres résultats, que la stratégie qui consiste à reproduire l’expérience est utilisée par seulement 5 % des élèves de CE1 et 58 % des élèves de CM1-CM2. Aucun dispositif de recherche n’est disponible à notre connaissance pour évaluer la capacité des élèves de maternelle à s’approprier les notions de répétabilité et réplicabilité, qu’il s’agisse d’expériences produisant des résultats qualitatifs ou quantitatifs.

Test de la robustesse d’une expérience

22Concrètement, reproduire une expérience dans des conditions strictement identiques à tous points de vue n’est jamais possible. Un élément majeur pour garantir la scientificité d’une expérience est alors le test de sa robustesse (Wimsatt, 2007). Il s’agit de vérifier que des fluctuations imperceptibles et incontrôlables de son environnement ne la changent pas du tout au tout, pas plus, plus généralement, que des modifications mineures de paramètres non pertinents. Le critère de scientificité associé à cet élément peut se formuler ainsi : « Une modification mineure des conditions de l’expérience ne modifie pas dramatiquement son résultat ».

23Hempel (1966) affirme que :

Pour dire que certaines façons de faire varier les faits sont importantes et que d’autres ne le sont pas, on se fonde à l’arrière-plan sur des suppositions de base que nous admettons […] sur l’influence probable des facteurs à faire varier dans le phénomène.

La notion de modification « mineure » est ici intimement liée à la construction d’un modèle et à l’identification de paramètres pertinents ou non (Blanquet & Picholle, 2012a, 2015). À l’école maternelle, la réalisation d’expériences qualitatives permet d’identifier de façon limpide un résultat « dramatiquement différent » suite à une modification des conditions de l’expérience : tout changement qualitatif du résultat (par exemple une planche posée sur un pivot basculait d’un côté, elle reste désormais à l’équilibre horizontal) est alors constitutif d’une modification « dramatique » (et directement perceptible par les élèves).

24Une façon de tester de la robustesse d’une expérience avec des élèves consiste dans un premier temps à identifier des paramètres supposés non pertinents, puis à les modifier délibérément pour s’assurer que ces modifications ne conduisent pas à des variations importantes des résultats. Par exemple, dans le cadre d’une expérience impliquant une poulie, les élèves peuvent supposer que la couleur, la forme, la matière d’un objet ne changent rien au fait qu’il descende si l’on maintient sa masse identique. L’identification des paramètres supposés non pertinents peut être réalisée par les élèves, le·la professeur·e les interrogeant soit sur les éléments que l’on pourrait changer sans que cela ne change le résultat, soit sur ce qu’il se passerait si l’on décidait de changer un paramètre donné.

25Alors que le test de la robustesse d’une expérience contribue à assurer sa fiabilité, il n’est que très rarement évoqué en classe (nous n’avons trouvé aucune présence de cet élément de méthode scientifique dans les programmes français et anglo-saxons par exemple) et aucune étude n’est disponible à notre connaissance sur son appropriation par les élèves.

Primauté de l’expérience

26Lorsqu’un discours entre en contradiction avec un fait dûment établi par l’expérience, ce sont l’expérience ou l’observation qui priment, jusqu’à preuve du contraire et justification de leur invalidation. Le critère de scientificité associé se formule ainsi : « Les conclusions ne contredisent aucun fait d’expérience ». On a observé ce que l’on a observé, même si c’est en contradiction avec ses attentes, sans présomption de la reproductibilité ou de la robustesse de cette observation. La contradiction entre le discours et l’expérience peut en effet résulter tant d’une difficulté que d’une erreur de formulation, dans le cas d’un énoncé problématique par exemple.

27Donner la primauté à l’expérience peut également être associé à un autre élément de méthode scientifique : le refus de l’argument d’autorité. C’est en particulier le cas lorsqu’un discours émis par une personne considérée comme une autorité entre en contradiction avec des observations et que la primauté est donnée aux observations. Par exemple lorsqu’un·e professeur·e (délibérément ou par erreur) propose à ses élèves une affirmation en contradiction avec ce qu’ils observent. S’il affirme par exemple que l’ombre d’un enfant est toujours devant lui et que les élèves constatent que leur ombre peut se trouver sur le côté ou derrière eux, il s’agit alors de remettre en cause cette affirmation et de la modifier pour la rendre compatible avec les observations (« mon ombre est opposée au Soleil », « je me trouve entre le Soleil et mon ombre »).

Navigation entre le général et le particulier

28L’exploitation du spectre de généralité, c’est-à-dire la navigation permanente entre le particulier et différents niveaux de généralité, est un élément essentiel de la méthode scientifique. Le critère de scientificité associé peut se formuler ainsi : « Des marqueurs d’une navigation entre le général et le particulier sont identifiables ».

29À l’école maternelle, la formulation de lois, qui sont l’expression de généralités, permet d’appliquer une même règle à de nombreux cas particuliers. À l’inverse, rassembler toute une série de cas particuliers peut permettre d’en inférer une généralité, formulée sous forme de règle, loi ou explication de portée générale. Sa vérification par application à d’autres configurations expérimentales permet alors de la conforter, un intérêt de l’utilisation d’une généralité étant qu’elle permet de prévoir le résultat d’une expérience non encore réalisée par déduction. La navigation entre le général et le particulier implique que les élèves soient capables à la fois d’induire une règle à partir de cas particuliers mais également de déduire d’une règle ce qui va se passer dans un nouveau cas particulier.

30Par exemple, pour formuler la loi : « Quand deux objets sont accrochés de part et d’autre d’une poulie, c’est toujours le plus lourd qui descend », les élèves doivent avoir constaté le phénomène sur des objets de matières, formes, couleurs, volumes différents et pas uniquement sur un objet ou une matière donnée pour identifier le paramètre « poids » comme le paramètre pertinent (ce n’est pas la matière, la forme, la couleur, la taille qui compte, c’est le « poids »). Une fois la loi construite, son utilisation pour prédire ce qui va se passer avec de nouveaux objets (et donc l’application du général sur un nouveau cas particulier) puis sa vérification, permettent de la conforter.

Construction d’un dispositif pour évaluer l’appropriation des notions de reproductibilité, de robustesse et de primauté de l’expérience

31Un premier moyen d’évaluer l’appropriation d’éléments de méthode scientifique par des élèves consiste à observer ce qu’ils disent et font pendant des investigations. Cette approche pose néanmoins de nombreuses difficultés pratiques – certains élèves pouvant par exemple se mettre en retrait ou être dominés par d’autres – pour le·la chercheur·se, elle n’est pas non plus exempte de difficultés méthodologiques, tant il est difficile dans une activité collective de distinguer les formulations et les idées propres à un élève de celles générées par le groupe : pour être fiables, de telles observations prennent un temps de recueil et de traitement considérable. Un moyen complémentaire et bien connu des psychologues consiste à réaliser des entretiens semi-directifs individuels des élèves, des questionnaires écrits étant exclus à l’école maternelle. Un avantage de cette seconde approche est que l’ensemble des élèves interrogés est soumis au même dispositif, ce qui facilite le traitement des données. Aucune méthode n’étant totalement satisfaisante, celle-ci présente l’inconvénient inhérent aux approches isolant un élève de la classe : certains peuvent être intimidés et perturbés par le dispositif et ne pas répondre de façon optimale aux questions posées.

32Après avoir décrit différentes contraintes pesant sur la construction d’un dispositif d’évaluation à l’école maternelle, nous présenterons dans cette partie la conception de l’entretien et ses enjeux.

Des contraintes multiples

33La première contrainte qui s’impose à toute personne souhaitant s’entretenir avec un jeune élève est de s’assurer de son accord pour l’entretien (ainsi bien évidemment que de celui de ses responsables légaux, condition déontologique sine qua non dans le cadre de toute recherche avec des élèves mineurs). Les élèves de maternelle ont besoin de se sentir à l’aise avec la personne qui les interroge et il revient à cette dernière d’instaurer une relation de confiance propice à leur expression et à des échanges détendus.

34S’entretenir avec un élève de maternelle implique une durée d’entretien courte, typiquement inférieure à 20 minutes, et de lui proposer une situation suffisamment motivante pour maintenir son attention et son intérêt. À la différence d’élèves plus âgés ou d’adultes, pour lesquels la sincérité des réponses peut être sujette à caution, cette difficulté est absente avec des élèves de 3-6 ans. En revanche, leur perte d’attention et d’intérêt pour les questions se traduit rapidement par de l’agitation et des réponses non pertinentes. Il faut donc calibrer l’entretien de façon à maintenir autant que possible leur intérêt, la manipulation d’objets étant, par exemple, un moyen bien connu des professeur·e·s pour aider les élèves à focaliser leur attention.

35Leur capacité à s’engager dans l’entretien dépend des modalités de passation proposées (Metz, 1995) – une activité où ils sont actifs plutôt que passifs aura plus de chance de maintenir leur attention en éveil –, mais aussi de son niveau de difficulté et de son intérêt. Les élèves doivent pouvoir comprendre une part significative des questions posées, au risque sinon de se décourager. Une attention particulière doit être portée au choix de la situation et à la formulation des questions, avec des reformulations éventuelles. Il est en effet important de garantir, autant que possible, qu’ils comprennent et répondent aux questions posées en y mettant le même sens que la personne qui les interroge. Les questions doivent également pouvoir être posées de façon fluide pour donner à l’élève la sensation d’une conversation plutôt que d’une suite de questions conduisant à porter un jugement sur ce qu’il dit au cours de l’entretien. Elles doivent également éviter d’induire des réponses, les élèves pouvant chercher à faire plaisir à leur interlocuteur dans leurs réponses.

36L’un des enjeux de la recherche en didactique des sciences consiste à évaluer l’impact de différents types de formation ou d’enseignement sur un public donné. Une manière d’y répondre repose sur l’identification de différences entre des réponses produites avant et après un enseignement donné : les élèves doivent donc pouvoir produire des réponses sans enseignement préalable à des fins de comparaison avec des réponses après enseignement.

37Enfin, il faut tenir compte des conditions de passation de l’entretien. Celui-ci sera réalisé a priori dans les écoles, dans un local mis à disposition par les professeur·e·s : la passation doit pouvoir être réalisée dans des lieux très différents (dortoir, bibliothèque, salle de motricité, bureau, etc.). S’il y a expérimentation au cours de l’entretien et si l’on souhaite que sa passation ne soit pas réservée à quelques chercheurs·euses expérimenté·e·s mais que ces entretiens puissent également être utilisés par des professeur·e·s souhaitant évaluer l’appropriation par leurs élèves d’éléments de méthode scientifique, elle ne doit pas nécessiter une organisation trop complexe ou demander du matériel difficile à se procurer ou coûteux.

38À ces contraintes, dont la plupart sont communes à tout entretien destiné à être passé par de jeunes élèves, s’ajoutent des contraintes spécifiques liées aux notions à évaluer.

Identification d’une situation propice à l’évaluation de la compréhension de la notion de reproductibilité

39L’entretien doit permettre dans un premier temps de répondre à différentes questions relatives à la notion de reproductibilité.

• Des élèves de maternelle considèrent-ils que répéter une situation expérimentale à l’identique conduit à obtenir un résultat identique ? Quelles justifications apportent-ils ?
• Leurs réponses varient-elles selon que la question porte sur la répétabilité ou la réplicabilité de l’expérience ?
• Les réponses des élèves sont-elles sensibles à la variation de lieu ou à l’âge de la personne qui réalise l’expérience ?
• Quel sens les élèves donnent-ils au fait de reproduire une expérience à plusieurs reprises ?

Si ces questions peuvent être posées en toute généralité à des jeunes élèves, il est néanmoins préférable de les proposer dans un contexte expérimental sur lequel ils peuvent s’appuyer pour répondre. Selon Metz (1995), les jeunes enfants sont en effet d’autant plus performants dans leurs réponses que les questions reposent sur des phénomènes concrets qu’ils ont idéalement expérimentés. L’utilisation d’une expérience qualitative permet par ailleurs de distinguer ce qui relève de la compréhension de la reproductibilité d’une expérience per se de celle de la compréhension de la dispersion des mesures sur laquelle de nombreuses études se sont penchées à des niveaux plus élevés.

40Une difficulté relative à une telle approche consiste à éviter de choisir une expérience dont les résultats sont trop bien connus des élèves, ou un phénomène qu’ils connaissent pour l’avoir déjà vu. En effet, la reproductibilité du phénomène serait alors une évidence pour eux. Ainsi, tous les jeunes élèves ont expérimenté régulièrement, et dès leur plus jeune âge, qu’un objet qu’on lâche tombe au sol, provoquant souvent d’ailleurs l’énervement de leurs parents. Ce constat est devenu une telle évidence pour eux que leurs réponses ancrées dans leur vécu quotidien ne permettraient pas d’en extraire d’informations sur leur compréhension profonde de la notion de reproductibilité de la chute d’un objet. Pour éviter cette difficulté, nous faisons le choix d’un phénomène contre-intuitif.

41Un tel choix fournit par ailleurs un avantage supplémentaire. Un phénomène contre-intuitif peut être perçu comme « magique » dans une approche non-scientifique ; or croire à la magie ou à la sorcellerie implique d’attribuer à certains individus un don spécial qui leur donne la capacité à produire un phénomène que des personnes n’ayant pas ce don ne peuvent pas reproduire. Sous cet aspect, la magie est diamétralement opposée à la méthode scientifique, qui revendique fondamentalement la possibilité pour quiconque de reproduire un phénomène. De telles affirmations de dons spéciaux ne sont pas inhabituelles. C’est ce qu’a établi un projet au long cours porté par l’université de Nice pendant près de seize années. Le physicien Henri Broch, l’illusionniste Gérard Majax et le physicien et sponsor Jacques Théodor s’étaient en effet associés pour lancer un défi doté d’un prix d’un million de francs (puis de 250 000 euros) pour quiconque serait capable de démontrer expérimentalement l’existence d’un phénomène paranormal. Après seize années de tests négatifs, le défi a été arrêté sans que le prix ait pu être réclamé (Charpak & Broch, 2003). Même si la pensée magique apparaît ostensiblement obsolète dans nos sociétés modernes, elle n’en demeure pas moins suffisamment forte pour que de nombreuses expériences contre-intuitives génèrent une sensation d’étrangeté.

42C’est typiquement le cas d’une manipulation qui consiste à remplir d’eau une boîte de conserve dans laquelle un trou visible a été percé et à empêcher l’eau de s’écouler à travers le trou en bouchant du doigt un autre trou, invisible celui-là du public (Novellaux, 2012). Cette manipulation est suffisamment contre-intuitive pour que certains « magiciens » l’utilisent dans leurs shows. Une telle expérience devrait apparaître suffisamment surprenante à des élèves de cinq ans pour procurer une situation satisfaisante pour l’identification des réactions des élèves, de leur capacité à considérer une telle expérience comme reproductible et de leur perception de la magie. Elle ne nécessite pas de matériel sophistiqué, peut s’expliquer en utilisant des mots simples et est adaptable sans difficulté à un contexte de classe : l’eau qui s’écoule d’une bouteille percée d’un trou s’arrête de couler lorsque l’on ferme son bouchon parce que l’air ne peut plus y rentrer.

Formulation des questions de l’entretien

43Une manière de favoriser l’engagement des élèves lors de l’entretien consiste à leur proposer rapidement un moment de manipulation. L’expérience proposée peut être réalisée facilement par les enfants eux-mêmes, visser le bouchon sur la bouteille est la seule difficulté à laquelle ils sont confrontés pour la reproduire. Une très grande majorité des élèves de Grande et Moyenne Section sont capables d’y parvenir, quitte à pré-positionner le bouchon sur le goulot.

44Il faut par ailleurs éviter que les élèves ne se dispersent. De nombreux enfants à qui l’on présente cette expérience contre-intuitive, après être restés bouche bée un instant, sollicitent une explication et cherchent à comprendre le phénomène. Pour éviter qu’ils n’y passent le temps de l’entretien au détriment des questions posées, il est préférable d’apporter rapidement une explication courte au phénomène observé : il y a de l’air partout autour de nous dans la pièce, quand il n’y a pas de bouchon l’air peut rentrer dans la bouteille et l’eau peut sortir, quand je bouche/ferme la bouteille avec le bouchon, l’air ne peut plus rentrer et l’eau s’arrête de couler. Même si elle n’est pas forcément entièrement compréhensible par tous les enfants, une telle explication permet de répondre à leur demande d’explication et de pouvoir focaliser sur les questions auxquelles on souhaite qu’ils répondent, ce qui est l’objectif visé. Cette approche présente néanmoins un inconvénient ; elle fournit une explication que les élèves peuvent choisir d’appliquer, par déduction, aux différents cas particuliers qui leur seront présentés pour tester leur appropriation de la reproductibilité d’une expérience : c’est parce que l’air ne peut plus rentrer que l’eau s’arrête de couler. La formulation d’une telle justification, qui part du général pour aller vers de nouveaux cas particuliers, rend compte néanmoins implicitement de l’appropriation de la notion de reproductibilité par ces élèves : en considérant que l’explication fournie peut s’appliquer à tous et en tout lieu ils reconnaissent implicitement la reproductibilité du phénomène indépendamment de la personne qui visse le bouchon ou du lieu.

45Le tableau ci-dessous (tableau 2) présente le canevas d’un exemple d’entretien semi-directif posé aux élèves en décomposant les différentes étapes de la passation de l’entretien par question et en proposant différentes formulations d’une question en fonction des difficultés de compréhension de l’élève interrogé.

46La première étape de l’entretien introduit le phénomène. Les premières questions visent à mettre l’élève à l’aise et à l’engager dans l’échange : il observe un événement qui le surprend, l’eau s’arrête de couler d’une bouteille percée, ce qui éveille son intérêt et permet de lancer le questionnement.

47Les questions 2, 8 et 11 permettent de sonder l’appropriation de la notion de réplicabilité d’une expérience. Ces questions interrogent l’enfant sur la possibilité que lui-même, ou d’autres adultes, puissent reproduire le phénomène mis en évidence par la personne qui mène l’entretien. La question 11 permet également de tester la perception par les élèves d’un changement de lieu sur le résultat. La 5 teste leur appropriation de la notion de répétabilité. La 7 cherche à évaluer dans quelle mesure ils font la distinction entre un phénomène physique ou magique. Cette question vise à savoir si les enfants ont une claire notion de la distinction entre ces deux types de phénomènes et associent un phénomène magique à des dons particuliers que posséderaient quelques individus particuliers. La question 10 teste en même temps l’appropriation par les élèves de la notion de réplicabilité et leur capacité à la mobiliser dans un contexte où elle est niée par un autre élève. Pour être comprise par certains élèves, elle peut nécessiter une mise en contexte en proposant par exemple à l’élève interrogé d’imaginer qu’il vient de montrer ce qu’il a fait à un autre élève et que ce dernier est convaincu que cela marche uniquement pour l’élève interrogé.

48Les nombreuses questions posées offrent aux élèves de multiples opportunités de fournir des réponses mobilisant la reproductibilité. Elles fournissent au·à la chercheur·se un moyen d’évaluer leur appropriation effective du concept : si l’on peut avoir des doutes sur l’appropriation du concept par un élève qui ne répondrait correctement qu’à une seule des questions posées, un élève régulier dans ses réponses peut quant à lui être considéré comme ayant une bonne maîtrise du concept.

49La question 6 invite les élèves à se positionner par rapport à un discours d’autorité en contradiction avec ce qu’ils viennent d’observer au moins deux fois : sont-ils capables de revendiquer la primauté de l’expérience dans ces conditions ? Sa compréhension peut comme pour la question 10 nécessiter la création d’un contexte fictionnel. Les questions 3 et 10, dans une certaine mesure par rapport à de nombreuses autres questions (14 et 16 par exemple), fournissent des éléments d’information sur le rapport à l’expérience des élèves interrogés en les interrogeant sur la façon de s’assurer de la validité des affirmations qu’ils formulent.

50Leurs réponses aux questions 4, 9 et 12 donnent accès à leur perception de l’intérêt de reproduire une même expérience dans différents contextes : par soi-même, par d’autres personnes et dans d’autres lieux.

51Enfin, les questions 13 à 17 portent sur le test de la robustesse de l’expérience réalisée. En proposant aux élèves de manipuler de nouveau en fin d’entretien, elles permettent de les remobiliser pour cette dernière salve de questions. Sous réserve qu’ils répondent par l’affirmative aux questions 13 et 15, la question 17 les interroge directement sur l’intérêt de faire varier des paramètres non pertinents. Dans le cas contraire, ces deux questions les invitent à tester un paramètre supposé pertinent et donc à constater en réponse à la question 17 que ce test permet de s’assurer de la pertinence ou non de ces paramètres. Il est à noter que des élèves peuvent profiter de cette nouvelle expérimentation pour presser la bouteille percée fermée et constater alors que de l’eau en sort : il est alors possible de leur faire observer que de petites bulles d’air rentrent par le trou dès qu’ils relâchent la bouteille et que s’ils ne la touchent pas, l’eau ne coule pas (aucun des élèves interrogés n’a en revanche fait référence au cours des entretiens à des situations du quotidien dans lesquelles une bouteille d’eau fermée percée à la maison coule).

Test et validation du dispositif

52La construction d’un canevas d’entretien n’est qu’une première étape. Les étapes suivantes consistent à valider l’entretien, c’est-à-dire à s’assurer qu’il permet effectivement de tester ce qu’il est supposé tester et qu’il est adapté à des élèves de maternelle.

Caractère discriminant de l’évaluation

59Pour être valide, un instrument d’évaluation doit effectivement permettre de distinguer différents niveaux de maîtrise des éléments évalués (a minima on peut avoir une évaluation binaire). Pour savoir si un instrument d’évaluation est fiable, une première approche consiste à tester les élèves avec l’instrument en développement, de les tester en parallèle avec un autre instrument existant déjà validé pris comme référence et de comparer les résultats obtenus avec les deux instruments.

60Malheureusement, dans notre situation, il n’existe pas à notre connaissance d’instrument qui pourrait être utilisé comme référence. S’assurer de la fiabilité de l’instrument prend alors un temps plus important. Il faut tout d’abord construire une ligne de base des réponses en interrogeant un nombre suffisant d’élèves en l’absence d’intervention spécifique. Il faut ensuite réaliser une intervention dont on suppose qu’elle aura un effet sur les réponses, puis comparer les réponses obtenues avant et après intervention. Si l’on obtient des différences significatives et systématiques, on peut considérer que l’instrument est en effet capable de mesurer l’impact d’une intervention sur l’appropriation des éléments sondés par les élèves et proposer un premier calibrage de différents niveaux de maîtrise des éléments.

61Deux approches sont possibles : interroger deux fois (avant et après intervention) les mêmes élèves ou interroger des élèves différents à une même période de l’année. Chaque approche présente des avantages et des inconvénients. En effet, des élèves de maternelle interrogés à six mois ou un an d’intervalle, en particulier entre quatre et six ans, peuvent avoir développé, au-delà de compétences méthodologiques en science, de nombreuses autres compétences – langagières en particulier – affectant leurs réponses à un entretien. Par ailleurs, l’effet de surprise lié au caractère contre-intuitif de l’expérience proposée peut avoir disparu, les élèves se souvenant de ce qui s’est passé la première fois. Ces éléments ne posent pas cependant de difficulté insurmontable sous réserve d’en tenir compte dans l’analyse des résultats des questions 2 à 5. La seconde approche lève la difficulté liée au développement de l’enfant, mais en introduit une autre, liée à la comparaison d’enfants dont les caractéristiques individuelles diffèrent. Une façon de limiter cette difficulté consiste à interroger un nombre important d’élèves.

62Nous avons choisi de combiner les deux approches en interrogeant une centaine d’élèves de Moyenne et Grande Section appartenant aux mêmes écoles pendant plusieurs années à une même période de l’année (juin) et en choisissant des écoles variées (éducation prioritaire, écoles de centre-ville et rurales). Le nombre d’élèves tout comme le nombre de classes dans le projet varie inévitablement au cours du temps. En effet, tout comme certains élèves changent d’école ou se retrouvent dans une classe ne participant pas à l’expérimentation (ou encore sont absents au moment de l’entretien), des professeur·e·s engagé·e·s dans le projet changent également d’école.

63Nous avons donc obtenu des données disponibles pour les mêmes élèves qui sont interrogés avant et après intervention à un an d’écart, mais aussi des données disponibles pour des élèves interrogés à un âge comparable (en moyenne), ayant bénéficié en proportion similaire d’un même environnement d’enseignement et appartenant à des milieux socioculturels proches, la population des écoles variant peu sur deux-trois années d’expérimentation. Pour que ces données soient exploitables, il faut également s’assurer que les élèves ont bien bénéficié de l’intervention dont on envisage qu’elle puisse avoir un effet sur les réponses. Cela nécessite de posséder un moyen de contrôler ce qui a été réalisé en classe. L’idéal est d’observer directement les situations de classe, mais cela n’est malheureusement que rarement possible. Plusieurs professeur·e·s travaillant avec leurs élèves en même temps, il faudrait une équipe nombreuse. Une alternative consiste à demander aux professeur·e·s de filmer toutes leurs interventions puis de les analyser a posteriori, ce qui a été réalisé dans plusieurs classes impliquées dans le projet.

Résultats

64Les premiers résultats obtenus pour la ligne de base en Grande Section ont fait l’objet d’une première publication (Blanquet & Picholle, 2019), nous en donnons un rapide résumé ci-dessous en ce qui concerne leur perception de la notion de reproductibilité.

65L’étude préliminaire a porté sur 62 enfants de cinq à six ans issus de 4 classes, appartenant à deux écoles différentes de Bordeaux. Les quatre professeur·e·s participant à l’étude, âgés de quarante-cinq à cinquante-quatre ans, ont une solide expérience de professeur·e de maternelle (entre douze et vingt ans). Aucun d’entre eux n’a de formation initiale scientifique et, au cours des dix dernières années, aucun n’a reçu de formation continue portant sur l’enseignement des sciences. Tous les enfants ont été interrogés en juin, à la fin de l’année scolaire. Pendant l’année scolaire, ils ont travaillé sur le corps humain, les cinq sens ; ils ont planté des graines, construit un objet technique et certains d’entre eux ont visité une ferme ou possédaient un animal à l’intérieur de la classe. Les professeur·e·s ont évalué le temps passé sur ces activités de 30 minutes à 2 heures par semaine. Les professeur·e·s eux-mêmes ou les directeurs des écoles ont fait passer l’entretien aux élèves. Tous ont respecté le protocole, un guide spécifique leur ayant été fourni pour décrire et expliquer les conditions requises pour l’entretien. La durée des entretiens a été comprise entre 8 et 15 minutes. Des enregistrements audios ont été réalisés et ils ont été systématiquement transcrits pour analyse.

66Les enfants ont répondu à toutes les questions et ont justifié en moyenne 6 de leurs réponses (22 enfants ont fourni des justifications à plus de 8 réponses et 10 à moins de 3). Parmi les 62 enfants, seuls 26 ont pu justifier leurs réponses en se référant directement ou indirectement à la notion de reproductibilité pour au moins une question. Pour douze d’entre eux (20 %), la reproductibilité d’une expérience est mobilisée 3 à 4 fois. Neuf (14 %) ont exprimé deux fois des justifications liées à la reproductibilité et ont répété l’explication fournie pour justifier leur réponse. Pour cinq de ces enfants, cette expression est apparue à la toute fin du questionnaire (Q10-Q12). Sept enfants font appel une seule fois à la reproductibilité et trois d’entre eux l’ont exprimée comme une simple possibilité. Un seul enfant (avec cinq justifications basées sur la reproductibilité) a exprimé le souhait d’essayer l’expérience par lui-même en termes de vérification de sa reproductibilité (« Nous avons pu voir que cela fonctionnait pour moi »). Seuls trois enfants semblaient capables de considérer qu’il était important de vérifier que cela fonctionnait de la même manière avec d’autres enfants (Q9) et deux semblaient capables de considérer qu’il était important de vérifier que l’expérience fonctionnait de la même manière à différents endroits (Q12). Le tableau 3 présente quelques justifications fournies par des élèves aux différentes questions posées.

67La perception de la magie par les élèves ne semble pas incompatible avec la possibilité de reproduire eux-mêmes une expérience et le terme même de magie ne semble pas avoir de forte valeur pour eux. Pour un enfant qui voulait spontanément essayer « parce que je voulais voir si tu étais un sorcier ou non » (Q4), le caractère magique d’un phénomène était associé à sa propre capacité à le reproduire, mais une telle association n’apparaît pas clairement à travers les réponses des enfants à la question Q7. Dans les deux cas (questions de reproductibilité ou de magie), moins de la moitié d’entre eux semblent capables de justifier leur position de manière pertinente. 42 % d’entre eux (26/62) fournissent une explication intégrant un élément lié à un certain niveau de compréhension de la reproductibilité d’une expérience mais l’indépendance du résultat au lieu (14 %) ou à l’opérateur (24 %) est rarement évoquée, tout comme la nécessité de maîtriser les conditions ou la similitude des matériaux (11 %). Néanmoins, certains d’entre eux semblent capables de construire des explications basées sur l’expérience dont ils viennent d’être témoins. La compréhension par les enfants de l’intérêt de tester la reproductibilité apparaît assez faible (moins de 7 % des réponses justifiant l’intérêt d’un tel test) et moins importante pour une expérience qu’ils viennent de découvrir que pour une expérience bien connue (jusqu’à 25 %, Blanquet & Picholle, 2015), ce qui corrobore les expériences précédentes (Metz, 1995).

Conclusion

68D’autres données ont été obtenues après cette intervention et leur analyse est en cours. D’une manière générale, il apparaît possible, en utilisant une expérience contre-intuitive, de construire un entretien permettant de sonder l’appropriation par de jeunes élèves de maternelle d’éléments de méthode scientifique comme la primauté de l’expérience, le test de la reproductibilité et de la robustesse d’une expérience. Il apparaît également que certains élèves réutilisent spontanément l’explication fournie en début d’entretien pour justifier leurs réponses. Ils peuvent identifier le caractère général de cette explication et en déduire qu’elle serait également applicable dans les nouvelles situations proposées (autres enfants, adultes, autre lieu, nouvelle bouteille, utilisation de la main à la place du bouchon).

69Les premiers résultats obtenus avec cet entretien suggèrent donc que, même en l’absence de formation spécifique, de jeunes élèves possèdent déjà, de façon limitée, une première idée de la notion de reproductibilité. Le questionnaire développé, basé sur la découverte d’une nouvelle expérience, semble bien compris par les enfants et sa passation peut être réalisée par les professeur·e·s eux-mêmes. Il est donc susceptible de constituer un outil polyvalent, utile aussi bien pour la recherche que pour l’évaluation par leurs professeur·e·s de certaines compétences d’ordre épistémologique de leurs élèves.

Fig. 1 – Exemple de dispositif utilisé pour faire passer l’entretien.