De l’évolution des conceptions des élèves lors d’une manipulation en astronomie

I. Apports théoriques sur l’enseignement des sciences expérimentales

La question de l’enseignement du savoir scientifique constitue un sujet ancien de réflexion pour les enseignants et les philosophes. Cette réflexion s’est nourrie à la fois des avancées de la didactique, et de l’évolution du rapport des corps sociaux à la science et à la technologie. Au cours du siècle dernier, la progression rapide des sciences et techniques, la complexification des savoirs ont posé un certain nombre de problèmes — non résolus — à nos sociétés démocratiques. Parmi ceux-ci, nous pouvons citer notamment la question de la vulgarisation scientifique et de l’information du citoyen, celle du contrôle de l’évolution des techniques et de leur utilisation, celle des sentiments ambivalents que suscite la place prise par les sciences et techniques dans les sociétés humaines.

C’est naturellement vers l’école que s’est tournée la société afin de gérer ses
contradictions. L’école doit donc prendre en charge la formation de techniciens, d’ingénieurs, de chercheurs, mais aussi l’éducation de citoyens informés et curieux, portant les valeurs du rationalisme et imprégnés d’objectivité scientifique, et aptes à participer aux décisions politiques et éthiques concernant le contrôle des innovations techniques. La réalisation d’un tel objectif se heurte évidemment à de nombreuses difficultés, notamment [1] :
 la nature de la science contemporaine, jugée difficile à comprendre et à enseigner, et suspecte pour une partie du corps social ;
 la difficulté de construire des séquences d’apprentissage pertinentes, et de réguler l’ensemble du groupe classe ;
 la solitude de l’enseignant, souvent démuni, face aux problématiques ;
 l’idée qu’un matériel coûteux et conséquent est indispensable.

Nous présentons dans cette partie un rapide historique de l’enseignement des sciences à l’école primaire, puis certaines des démarches pédagogiques proposées ces dernières années qui tentent de dépasser tout ou partie de ces difficultés, ainsi que la présentation des principales problématiques qu’elles recèlent.

I.1. Enseigner les sciences à l’école primaire

I.1.a. Historique succinct de l’enseignement scientifique à l’école primaire

Les sciences s’installent durablement à l’école primaire au milieu du XIXème siècle. Le courant positiviste est alors en plein essor : le ministère de l’Instruction publique décide la création d’une bibliothèque dans chaque école, de grands éditeurs s’intéressent au marché de vulgarisation scientifique et proposent des ouvrages initiant aux nouvelles connaissances et aux progrès techniques. À cette époque, le récit constitue le cadre privilégié de la transmission des connaissances scientifiques et techniques. Le savoir a le caractère de l’évidence et est principalement relié à une accumulation de savoir-faire concrets, pratiques et utiles. Le cadre didactique est la leçon de chose : « Apprendre les choses (objects teaching), c’est apprendre à
lire dans le monde visible l’évidence des relations qui lient entre eux les objets et les phénomènes. […] [Il s’agit d’un] travail qui rend intelligible l’adéquation du monde à lui-même et à l’usage qu’en fait l’homme. » [2](pp. 122-123). Les quelques rares expériences qui sont proposées ne permettent pas à l’élève de confirmer ou d’infirmer une hypothèse, mais elles constituent une accumulation d’observations interprétées par l’enseignant et significatives d’une vérité scientifique transmise par lui.

À la fin des années 60, les activités d’éveil sont censées développer chez les élèves une « attitude scientifique ». Ce courant s’inspire à la fois des travaux de Piaget et Wallon insistant sur la nécessité pour l’élève d’être actif, et des « méthodes nouvelles » de Freinet dans lesquelles l’apprentissage des savoir-faire rejoint celui des savoirs. Cette démarche se heurte à de nombreuses difficultés telles que la formation des enseignants, et la confrontation de ceux-ci à un questionnement et à des savoirs complexes. Elle est aussi l’objet de quelques dérives souvent stigmatisées : une place trop grande donnée aux savoir-faire par rapport aux
savoirs, une mise en œuvre limitée des expérimentations qui ne servent souvent qu’à illustrer ou à vérifier les assertions de l’enseignant, la mise en place d’une pédagogie par objectifs où les savoirs, abordés en fonction des « occasions », sont construits de manière très fragmentée générant une perte de sens pour l’élève.

Depuis les années 80, l’enseignement des sciences à l’école est pris entre l’affirmation de l’importance de l’apprentissage des « sciences expérimentales », et la tentation du repli sur le « lire, écrire et compter ». De nombreux travaux en didactique des sciences (A. Giordan) et des programmes tels La Main à la pâte de G. Charpak, dont l’influence est réelle dans les derniers textes officiels parus [3], tentent de prolonger la réflexion et de prendre en compte les critiques formulées à l’égard des activités d’éveil. Nous détaillons ci-dessous les ambitions et les démarches liées à ces réflexions récentes.

I.1.b. Des propositions récentes pour l’apprentissage des sciences

La plupart des démarches didactiques proposées affirment l’importance de la manipulation, de l’obstacle, de l’apprentissage des méthodes et de l’analyse des savoirs, transdisciplinarité. Nous présentons brièvement les principales justifications et caractéristiques des démarches auxquelles nous nous sommes référés.

La Main à la pâte : les sciences au coeur des apprentissages

Pour les promoteurs du programme La Main à la pâte, les objectifs à atteindre sont très généraux. Les élèves doivent se familiariser avec la science, « le discours par lequel l’homme décrit les objets et les phénomènes de la nature » [4](p. 105). Ils doivent aussi se construire comme citoyens et se former à la rigueur et au rationalisme de la démarche scientifique, « démarche de vérité » [5](p. 79).

Le rôle des élèves dans l’apprentissage est primordial : « L’enfant construit lui-même ses connaissances, fait des découvertes par le biais de ses manipulations » [6](p. 71). Il est important que cette action de l’enfant s’inscrive fortement dans un rapport au réel, car il s’agit d’avantage de construire des concepts que de transmettre des données : « Seule la confrontation au réel modifie en profondeur sa perception des choses et lui permet de faire évoluer ses concepts » [7](p. 32).

Cette démarche s’inscrit donc dans une « pédagogie de l’obstacle » centrée sur un élève, acteur de son apprentissage de l’ « attitude scientifique ». Ainsi, conscients de s’inscrire dans la filiation des principes ayant inspiré la mise en place des « activités d’éveil », les tenants du programme ont voulu inscrire leurs propositions dans un cadre institutionnel et didactique rigoureux.

Ils insistent sur la possibilité de travailler les compétences fondamentales (« lire, écrire, compter ») en faisant des sciences, ainsi que sur les liens avec les domaines transversaux que sont la maîtrise de la langue et l’éducation civique (s’interroger, débattre, critiquer, justifier et vérifier des assertions, etc.).

Les publications associées à ce programme souhaitent, en outre, dépasser la question du choix entre savoirs et savoir-faire : « Les enfants apprennent certaines vérités rationnelles sur le monde [les connaissances de base], ils apprennent en même temps comment procéder scientifiquement dans cette démarche de vérité. »

Pour ce faire, la place de la démarche expérimentale est réaffirmée, mais il est proposé à l’enseignant de s’appuyer sur la communauté des didacticiens, car « toutes les situations et tous les sujets ne se valent pas si l’on veut que l’approfondissement expérimental mène à la construction de connaissances » [8](p. 81), et sur celle des scientifiques afin de définir un parcours d’apprentissage cohérent au sein de l’ensemble des connaissances scientifiques.

Enfin, l’enseignant, souvent démuni face à la complexité des savoirs, devrait pouvoir s’appuyer sur ce même réseau de compétences, en position de définir des « théories intermédiaires » : « Pas tout à fait exactes et complètes, pas fausses non plus, les notions intermédiaires approchent le concept scientifique, en demeurant dans le vocabulaire de l’enfant, sans faire obstacle à la construction ultérieure d’un concept plus précis. » [9](p. 82).

Nous voyons donc la volonté de dépasser, du moins en théorie, les difficultés rencontrées par les « activités d’éveil » et de définir un cadre construit et cohérent pour l’apprentissage scientifique.

A. Giordan : une démarche pédagogique fondée sur les conceptions enfantines

Pour A. Giordan, les élèves abordent tout apprentissage avec des connaissances. Celles-ci sont le reflet de modèles implicites, structurés et cohérents ; elles sont organisées au sein de réseaux conceptuels englobant différentes notions.

C’est pourquoi, l’auteur considère comme inefficace toute « pédagogie de la rectification » et toute tentative de transmettre des savoirs ponctuels. Il définit comme objectif de l’action de l’enseignant l’évolution de la représentation des élèves, et insiste sur l’importance des confrontations à la réalité, mais aussi entre pairs. Il convient donc de « laisser une place importante à l’attitude et à la démarche scientifiques, en particulier au niveau du questionnement [et de] favoriser les confrontations (entre les différentes conceptions, entre une conception et le réel) » [10](p.184).

Adepte d’une investigation des élèves, A. Giordan propose une démarche pédagogique principalement fondée sur les conceptions enfantines. Cette démarche pourrait se résumer comme suit : l’enseignant évalue les représentations initiales des élèves, et en fait émerger les modèles explicatifs implicites. Sa connaissance du domaine disciplinaire et des obstacles à l’évolution des représentations lui permet de définir des objectifs précis liés à des niveaux de formulation pertinents pour les élèves. Il peut alors créer des situations pédagogiques permettant la prise de conscience de contradictions (entre les conceptions des élèves, entre celles-ci et le réel) et débouchant sur une incitation à la recherche et à l’action. La
structuration des savoirs se construit par la mise en relation de ceux-ci et leur réinvestissement dans d’autres situations ultérieures. Notons qu’une telle démarche ne peut s’envisager que sur le (très) long terme : « En acceptant l’idée qu’un concept ne s’élabore pas à travers l’étude d’un chapitre ou d’un thème (...), mais que sa structuration peut-être très lente, progressive et envisagée à travers différents sujets d’études et un certain nombre des situations vécues, [il
faut] amener chaque élève à se construire le plus grand nombre possible de liaisons entre les différentes connaissances. » [11](p. 181).

Les démarches didactiques présentées ci-dessus recèlent un certain nombre de
problématiques, nous nous proposons d’en présenter quelques-unes dans la section suivante.

I.2. Quelques problématiques posées par une « démarche par investigation »

I.2.a. Les conceptions des élèves

Les conceptions des élèves peuvent être caractérisées comme suit [12](p.12) :
 les conceptions sont des explications pratiques, souvent analogiques et
anthropomorphiques ;
 les conceptions sont le fruit d’une logique, d’un modèle sous-jacent, de structures explicatives ;
 les conceptions sont liées au développement du système cognitif de l’enfant et à son contexte socioculturel ;
 les conceptions fausses persistent au cours de la scolarité : elles se renforcent en
intégrant les connaissances nouvelles et font durablement obstacle à la construction d’un savoir.

Il est possible de faire émerger ces représentations par divers moyens : des questionnaires écrits, des entretiens oraux individuels ou en groupe, des situations de classe ludiques.

Les conceptions sont un outil [13] :
 de prédiction et de prévention (connaissance des obstacles) ;
 d’élaboration (d’une situation-départ, de la construction des savoirs) ;
 de diagnostique (de la progression de la conceptualisation), et une aide pour
l’évaluation.

I.2.b. La définition d’une démarche pédagogique

Les différents auteurs évoqués se réfèrent à une pédagogie de l’action pour laquelle
différents types d’activité peuvent être proposés aux élèves [14] :
 des activités d’investigation, activités ludiques favorisant le questionnement et
l’appropriation de la problématique par ceux-ci ;
 des activités de recherche, activités mettant en œuvre une démarche expérimentale ;
 des activités de synthèse, activités nécessaires pour structurer l’acquisition des
concepts ;

Ces activités ne doivent ni constituer une fin en soi, ni n’avoir qu’un statut illustratif d’un savoir transmis par l’enseignant, mais se justifient dans le cadre d’une démarche construite, dont les principales étapes sont :
 une situation de départ : observation initiale menée par les élèves, l’interrogation d’un élève et/ou question ouverte proposée par l’enseignant ; elle doit permettre l’émergence des conceptions initiales des élèves.
 une situation de conflit cognitif, devant conduire l’élève à sentir la nécessité de changer de conception. Celui-ci peut être créé par un échange entre pairs ou par la confrontation à une réalité remettant en cause les conceptions initiales. Dans les deux cas, la situation de conflit est étayée par l’analyse de celles-ci. « Il est indispensable que chaque enfant prenne conscience de ses propres représentations et du fait que celles-ci ne sont pas systématiquement les mêmes que celles de ses camarades. (...) Cette disparité va leur poser problème et constituer un moteur à l’action pédagogique et une motivation à leur niveau ; cet aspect est important car une réponse n’éclaire pas celui qui ne se questionne pas. » [15](p. 118). Cette étape doit déboucher sur l’appropriation du questionnement par les élèves, et la formulation commune du problème à résoudre.
 une phase d’investigation et de recherche, pendant laquelle l’élève construit ses savoirs et savoir-faire.
 une phase d’interprétation des résultats et de structuration du savoir à un niveau de formulation acceptable pas l’élève (quitte à construire des « théories intermédiaires » [16] ou des « modèles partiels » [17]). Les faits étudiés doivent être mis en relation avec d’autres connaissances afin de faciliter la structuration des savoirs et leur réinvestissement ultérieur.
 une situation d’évaluation : évaluation des savoirs, de l’évolution des conceptions, des savoir-faire.

I.2.c. Le rôle de l’enseignant

La définition d’une démarche pédagogique « d’investigation » pose, en pratique, la
question du rôle dévolu à l’enseignant. Si le modèle transmissif est rejeté ( « l’enfant observe et manipule à sa guise, puis l’adulte introduit en conclusion des phrases comportant quelques mots du langage scientifique sans que l’enfant puisse les relier de manière significative à son activité préalable » [18](p. 71)), il reste que « la probabilité est faible que l’enfant qui expérimente librement et spontanément sur n’importe quel sujet arrive à une conclusion
significative : la spontanéité n’a jamais donné un enseignement bien efficace » [19](p. 72). De même, A. Giordan oppose la démarche d’investigation aux techniques de non-directivité préconisées par Carl Rogers, ne serait-ce que pour des raisons pratique de mise en œuvre et de temps.

Ainsi, c’est « le principe de la tutelle ou du guidage pédagogique » [20](p. 73) qui doit être retenu par l’enseignant. Ce guidage pourrait se décliner notamment au travers des tâches suivantes :
 l’enseignant évalue et analyse les conceptions initiales des élèves : « La plupart des remarques ou des productions d’élèves sont le reflet d’une certaine logique, (...) il est donc nécessaire de choisir celles qui sont significatives parce qu’en relation avec certains obstacles importants que l’on sait pouvoir dépasser » [21](p. 48) ;
 l’enseignant analyse le domaine disciplinaire à enseigner et articule les questions des élèves aux savoirs à atteindre : « Un des rôles de l’enseignant pourrait être de
« décoder » les notions intéressantes et abordables à travers les questions que la
curiosité des apprenants soulève » [22](p. 143) ;
 l’enseignant met en place une situation didactique qui fournit un cadre précis dans lequel les élèves expérimentent librement : « Si l’on a ainsi pris soin d’orienter la recherche dans une direction précise l’enfant construira de nouvelles connaissances sur le monde matériel mais apprendra aussi que ce monde est compréhensible. » [23](p. 73) ;
 l’enseignant reçoit les productions des élèves et régule le fonctionnement de la classe : « Grâce aux questions du maître, [l’élève] parle, il explique, il argumente en même temps qu’il manipule, il dessine, il interprète, il communique, il discute de son point de vue avec les autres. Il parcourt ainsi les quatre moments importants de la construction du savoir : il formule la question la plus juste, il mène l’investigation, il répond à la question et il communique ce qu’il voit ou pense. » [24](p. 76) ;
 l’enseignant apporte des outils : « Ce sont, par exemple, des éléments à observer, de courts textes, des ouvrages de documentation, des illustrations, du matériel
expérimental, des techniques, des modèles explicatifs simples et même des contre-expériences. » [25](p. 164).

I.2.d. La fonction de la trace écrite

Si les différents auteurs se rejoignent pour reconnaître l’importance de l’écrit lors de l’expérimentation et pour la structuration des savoirs, les traces écrites sont évoquées sous des formes très diverses, au risque de la confusion.

Ainsi, la fonction de la trace écrite peut être abordée au travers de la question concrète du statut du « cahier d’expérience ». Est-il un outil de travail et de recherche ? Son statut est alors proche du cahier de brouillon. Est-ce un endroit pour consigner les compte-rendus ? Il s’agira alors d’un document associé à un champ disciplinaire auquel les élèves peuvent se référer pour se remettre en mémoire savoirs abordés et activités menées. Est-ce un outil de communication, vers d’autres élèves, vers la famille ? Le texte écrit sera alors proche de ceux
trouvés dans un journal d’école. Les compétences travaillées sont aussi liées à l’approche retenue : prise de notes et croquis, texte explicatif, injonctif ou descriptif, texte narratif.

J.-P. Bonan propose, pour une recherche expérimentale, le plan suivant : « formulation des problèmes, hypothèses liées aux représentations, compte rendu de l’expérimentation, traitement et analyse des résultats, conclusion » [26](p. 36). Les autres ouvrages consultés ne semblent pas pousser plus avant la question du statut et de la fonction de la trace écrite aux différents temps des démarches pédagogiques décrites. Toutefois, la possibilité de travailler des compétences transversales, et notamment linguistiques, est notée, au travers de la description de la richesse et la diversité des traces abordées par l’activité scientifique (différents types d’écrit, dessins d’observation, schémas, tableaux de classement, graphiques, notes, résumés, références bibliographiques, etc.). L’importance du langage est aussi réaffirmée dans la phase de structuration des connaissances, de conceptualisation et d’abstraction : « La langue est donc faite non pas pour nommer, non pas pour désigner, mais bien pour créer, pour imposer notre pensée au monde : la langue est faite pour dépasser l’œil. (...) [Elle] nous permet d’atteindre des univers que nos sens seraient bien incapables de nous révéler. » [27].

La question de la trace écrite doit être aussi considérée en référence aux programmes officiels. Ceux-ci reprennent les différents aspects déjà évoqués dans les domaines transversaux (maîtrise de la langue) en termes de compétences générales [28](p. 170), de compétences spécifiques aux sciences expérimentales et technologie [29](p. 175), et dans les domaines disciplinaires concernés [30](p. 248).

I.2.e. L’évaluation

L’évaluation est fortement liée au cadre pédagogique dans lequel ont été mises en œuvre les situations d’enseignement. Lors de l’évaluation, l’enseignant doit tenir compte des objectifs de la séquence d’apprentissage et du niveau de formulation retenu. L’évaluation ne saurait se restreindre à un contrôle final des acquis. Ainsi, J.-P. Bonan indique les différents types d’évaluation possible [31](p. 40) :
 l’évaluation diagnostique, qui correspond à l’évaluation des représentations initiales des élèves ;
 l’évaluation formative, qui se situe lors des activités ou lors d’une séance de
réinvestissement : elle est censée permettre à l’élève de prendre conscience de ses
procédures ;
 l’évaluation sommative, qui concerne la somme des acquisitions des élèves ;
 l’évaluation différée, qui évalue la structuration des savoirs sur le long terme et les capacités de réinvestissement des élèves.

Pour la plupart des auteurs, une évaluation formative semble préférable à une évaluation sommative, dans la mesure où elle permettrait de révéler les processus de métacognition. Ainsi, pour A. Giordan, il s’agit moins de valider des faits ponctuels que d’évaluer l’évolution des représentations des élèves et leur fonctionnement. Selon cet auteur, toute évaluation doit tenir compte de la lenteur et de la non-linéarité de l’acquisition des savoirs. Finalement, l’évaluation devrait porter sur l’ensemble de la séquence d’apprentissage mise en œuvre : « [Pour l’enseignant], évaluer les élèves [c’est aussi] (et peut-être surtout) s’évaluer soi-même en mesurant l’impact de son action » [32](p. 203).

Afin de mener une évaluation formative et de structuration, les activités suivantes sont suggérées :
 construire un texte personnel de synthèse ;
 faire une analyse critique de quelques affirmations ;
 argumenter sur le bien-fondé de réponses.

II. Mise en oeuvre d’une manipulation en astronomie

II.1. Mise en oeuvre d’une séquence d’apprentissage en astronomie

II.1.a. Contexte général de la mise en oeuvre

La séquence d’apprentissage que nous allons détailler ci-dessous a été mise en place lors d’un stage en responsabilité entre le 3 et le 22 octobre 2002, à l’école du Grand Garros I (Auch). La classe de cycle 3 (CM2) dont nous avions la charge comprenait 16 élèves de niveaux très hétérogènes. Un tiers des effectifs nous a semblé en grande difficulté.

L’organisation de l’école prévoyait la prise en charge de la moitié de la classe, une fois par semaine, par des aides-éducateurs pour les activités liées à la bibliothèque et à l’informatique.

Nous avons donc pu programmer les trois séances de manipulation en demi-groupe.

II.1.b. Insertion dans un projet transdisciplinaire

A. Giordan insiste sur l’existence de réseaux de relations entre les différents concepts et notions, il en déduit qu’une approche transdisciplinaire favorise l’évolution des représentations et le réinvestissement des connaissances. Il nous a donc paru intéressant d’inscrire notre séquence d’apprentissage dans le cadre d’un projet transdisciplinaire intitulé Du temps des planètes au temps des humains. Les différentes séquences ont été définies afin de donner davantage de sens aux apprentissages et de construire dans certaines disciplines des savoirs et des savoir-faire pouvant être transférés vers d’autres champs disciplinaires. Le projet comprenait (cf. Du temps des planètes au temps des humains) :
 une séquence de mathématiques : connaissance des unités de mesure des
durées (conversion et opération) ;
 une séquence de maîtrise de la langue et langue française : le texte explicatif
scientifique (travail sur le vocabulaire, la mise en relation du texte et des schémas,
etc.) ;
 une séquence de technologie : construction d’une horloge universelle ;
 une séquence de géographie : la carte des fuseaux horaires ;
 une séquence d’histoire : les caractéristiques des calendriers (l’histoire de notre
calendrier, éléments de comparaison avec les calendriers juif, musulman, chinois,
hindou, et révolutionnaire français).

II.1.c. Choix pédagogiques effectués lors de la préparation de la séquence

Compte-tenu des contraintes qui étaient les nôtres, nous avons été amené à faire un certain nombre de choix pédagogique lors de la préparation de notre séquence, en regard des éléments théoriques évoqués dans la partie I.

Choix du sujet d’étude

Nous avons choisi d’aborder le thème du système astronomique Soleil - Terre - Lune, sujet propice à un travail transdisciplinaire. Nous avons dégagé les notions importantes [33], en liaison avec des phénomènes concrets et observables, avant d’affiner nos hypothèses de travail à la lecture de l’évaluation des représentations initiales (cf. fiches de préparation) :
 la rotation de la Terre, en liaison avec l’alternance jour/nuit ;
 la révolution de la Terre, en liaison avec l’alternance des saisons ;
 la révolution de la Lune, en liaison avec les phases de la Lune et les éclipses.

Ce sujet d’étude possède une spécificité par rapport à d’autres domaines des sciences expérimentales : si certains phénomènes astronomiques restent observables, les élèves n’ont accès à la manipulation des objets qu’au travers d’une modélisation. Les objets n’étant pas directement accessibles - ni même observables -, il n’est pas possible de mettre en place une démarche expérimentale au sens strict : c’est-à-dire des observations d’expériences répétables dont on peut modifier les conditions de réalisation. Il est donc nécessaire que l’enseignant
apporte en cours de séquence des informations non accessible aux sens pour que les élèves puissent construire un modèle pertinent et mettre en œuvre les manipulations. Ce saut conceptuel peut être une difficulté supplémentaire pour certains élèves.

Notons aussi que certaines notions ne répondent pas aux critère définis par les promoteurs du programme La Main à la pâte pour sélectionner les sujets d’étude, pour qui il convient de « se limiter aux notions que l’enfant peut réellement atteindre par lui-même et maîtriser par le moyen d’une expérimentation simple » [LMP96, p. 82]. Ainsi, le modèle héliocentrique comme le modèle géocentrique peuvent expliquer la succession des nuits et des jours : il est donc nécessaire pour trancher de revenir à des textes scientifiques de référence.

Évaluation des représentations initiales des élèves

Pour évaluer les représentations initiales des élèves, nous n’avons pu mener des entretiens oraux, et nous avons proposé un questionnaire écrit et individuel. Nous avons été cependant attentif à ce que les questions soient ouvertes, à ce que leur formulation suscite une réponse argumentée, et à ce que les trois notions retenues soient concernées. L’évaluation initiale a donc été la suivante :
 Pourquoi y-a-t-il des jours et des nuits ? Quelle est la durée de la nuit ?
 Pourquoi, en France, fait-il plus chaud en été qu’en hiver ?
 Peut-on voir la Lune pendant la journée ? Pourquoi ?
 Pourquoi la Lune change-t-elle de forme ?

Amener les élèves à vivre des conflits cognitifs

Plusieurs temps de la séquence ont été construits afin de permettre aux élèves de vivre des conflits cognitifs. Tout d’abord, un temps de mise en commun des conceptions a été programmé à l’issue de l’évaluation initiale. Cette confrontation des représentations doit permettre à chacun de prendre conscience de ses conceptions et de les confronter entre pairs.

En outre, lors des séances de manipulation, nous avons cherché à donner des consignes incitant les élèves à confronter leurs conceptions aux résultats concrets des modélisations, puis à se livrer à des investigations. Le conflit cognitif entre pairs n’était pas absent de ces séances, dans la mesure où le dispositif de travail prévoyait des manipulations par groupe de deux élèves.

Production d’une trace écrite

Comme nous le verrons ultérieurement, le résultat de l’évaluation initiale nous a amené à revenir à des objectifs relativement modestes en matière de production d’écrits. Afin de pouvoir mener le projet à son terme dans le temps imparti, nous nous sommes contentés de la rédaction d’un texte explicatif structurant les savoirs réalisé en commun. Cette séance a été préparée par la séquence de maîtrise de la langue, pendant laquelle nous avons travaillé des compétences simples : structure d’un texte explicatif, rôle du schéma, importance d’un vocabulaire précis, liens entre le texte et le schéma, rôle des connecteurs.

Lors de la séance de production, nous nous sommes efforcé de réinvestir ces compétences, notamment en réfléchissant au titre des paragraphes, en incitant les élèves à utiliser le vocabulaire du champ disciplinaire concerné, en associant des schémas pertinents.

Évaluer les élèves, évaluer la séquence d’apprentissage

Comme indiqué précédemment, nous avons programmé une évaluation diagnostique en début de séquence. En raison des contraintes de temps qui étaient les nôtres, nous n’avons pu mettre en place une évaluation formative ni une évaluation différée. Nous avons donc opté pour une évaluation sommative, conscient d’évaluer principalement la somme de connaissances ponctuelles acquises par les élèves.

Toutefois, nous avons choisi de poser de nouveau des questions ouvertes, espérant évaluer ainsi l’évolution des conceptions des élèves. Nous avons aussi décidé de reprendre certaines des questions formulées lors de l’évaluation initiale, suivant en cela les recommandations de C. Garnier : « Le maître peut faire émerger les représentations de ses élèves selon divers procédés (...) à des temps différents de l’apprentissage : (...) [notamment] pour évaluer l’impact d’une séquence d’apprentissage. Cette évaluation ne peut se faire que par comparaison, ce qui implique une double prise d’informations avant puis après apprentissage, et une analyse de l’évolution des représentations. » [34](pp. 13-14).

Les questions retenues, en liaison avec la structuration de la trace écrite produite lors de l’apprentissage, sont :
 Pourquoi y a-t-il des jours et des nuits ?
 Pourquoi la Lune change-t-elle de forme ?
 Explique ce qu’est une éclipse de soleil.

II.2. Fiches de préparation

Nous présentons, ci-après, les fiches de préparation de la séquence et des six séances mises en œuvre détaillant la mise en pratique des choix pédagogiques effectués.

III. Analyse de la mise en œuvre de la séquence d’apprentissage

III.1. Bilan des différents temps d’apprentissage programmés

III.1.a. L’évaluation des conceptions initiales

Les élèves, au nombre de seize, ont répondu à cinq questions lors de la première séance. Nous avons précisé que cette évaluation n’était pas notée et ne constituait aucunement un contrôle : il s’agissait moins de donner la bonne réponse que de faire des hypothèses et de les justifier. Certains élèves restant perturbés par cette consigne inhabituelle, nous avons autorisé ceux-ci à donner la réponse « je ne sais pas » à certaines questions, afin d’éviter tout blocage.

Analyse des réponses obtenues lors de l’évaluation initiale

Les résultats sont synthétisés en annexe, et quelques transcriptions de copies d’élèves illustrent ces résultats.

À la question portant sur l’existence des jours et des nuits, sept élèves font référence au fait que la Terre tourne sur elle-même, mais deux d’entre eux semblent évoquer un modèle géocentrique implicite, et un troisième hésite dans l’argument décisif. Un élève fait état de connaissances, mais se trompe d’explication en parlant de la révolution de la Terre. Un autre semble avoir une conception mythologique où le Soleil et la Lune présideraient à la
succession des jours et des nuits. Plus d’un tiers des effectifs fait état de son ignorance.

Les saisons restent un mystère pour un tiers des élèves. Huit autres se contentent de reformuler le constat initial ou attribuent les saisons à des phénomènes ou des situations climatiques. Deux élèves expliquent les saisons par des modifications des caractéristiques de la Terre ou du Soleil. Seul un élève se réfère aux mouvements de la Terre et du Soleil, mais il se place dans le cadre d’une hypothèse géocentrique.

La durée de la nuit varie selon les saisons pour dix élèves. Tout le monde à un avis sur cette question, sans doute la plus concrète du questionnaire et pour laquelle les élèves ont fait appel à leurs observations antérieures et à leur vécu (cf. annexe). Six élèves estiment une durée fixe pour la nuit, trois d’entre eux indiquent « 12 heures ».

Les phénomènes liés à la Lune plongent les élèves dans une grande perplexité. Si douze d’entre eux ont remarqué qu’on pouvait voir la Lune aussi le jour, les explications ne sont évidentes pour personne. À chaque question, neuf élèves avouent leur ignorance. Trois élèves évoquent une circulation de la lumière entre le Soleil et la Lune, pour les autres les explications foisonnent : la proximité de la Lune, les éclipses, les nuages sont des pistes explicatives.

Influence de l’évaluation initiale sur la séquence d’apprentissage

Cette évaluation semble indiquer d’une part que les mouvements des différents objets sont mal connus, et que les liens avec les phénomènes directement observables par les élèves ne sont pas établis. Nous avons donc fondé notre démarche sur ces deux directions de travail (cf. fiches de préparation) :
 construire des savoirs : les mouvements relatifs du système Soleil - Terre - Lune.
Pour les mouvements simples, les élèves peuvent être confronté à une situation-problème, pour les mouvements moins évidents, ils pourront les reproduire en fonction des informations communiquées par nos soins.
 mise en relation des savoirs par un retour sur la modélisation de phénomènes
observables (alternance jour/nuit, alternance des saisons, phases de la Lune, éclipses). Les élèves se servent de la connaissance du mouvement du système Soleil - Terre - Lune pour reconstruire les explications de ces phénomènes.

De plus, l’évaluation initiale a révélé de grandes difficultés pour près d’un tiers des
effectifs lors de la rédaction des réponses. Cet état de fait nous a amené à ne travailler que quelques compétences fondamentales lors de la production de la trace écrite.

Difficultés lors de la mise en commun

La mise en commun des conceptions a été un moment difficile de la séquence
d’apprentissage : la confrontation entre pairs étant souvent très abrupte. Certains élèves, parmi les plus en difficulté, ont eu beaucoup de mal à considérer l’évaluation initiale autrement que comme un contrôle de connaissances : ils se sont donc sentis plus ou moins en échec. Ceux qui avaient néanmoins fait l’effort de suggérer une explication se sont trouvés stigmatisés ou moqués par d’autres élèves plus sûrs de leurs savoirs (parfois à tort d’ailleurs). Quoiqu’il en soit, cette séance s’est avérée peu fructueuse : si une partie des élèves s’est appropriée le questionnement initialement proposé par le maître et s’est montrée impatiente de commencer les « expériences », une petite minorité s’est trouvée très vite marginalisée et n’a jamais vraiment réussi à se réintégrer dans les activités. Malheureusement, les conflits entre pairs ne sont pas que cognitifs ! Dans une telle situation, l’enseignant doit être très présent afin de réguler les interventions des élèves. Néanmoins, nous ne voyons pas d’autres remédiations que celles sur le long terme, associées au travail de compétences dans les domaines transversaux : la prise de parole au sein d’un groupe (maîtrise de la langue), le respect d’autrui
lors de débats contradictoire et l’apprentissage de l’argumentation (éducation civique).

III.1.b. Le travail de manipulation et d’investigation par groupe

Hormis un ou deux élèves qui ne se sont que très partiellement impliqués dans les
manipulations (voir ci-dessus), et la nécessité de cadrer et de réguler les activités des élèves afin d’éviter que le matériel ne soit utilisé à d’autres fins que de modélisation, les activités de manipulation et d’investigation se sont déroulées de manière satisfaisante.

La formation des groupes

Nous avons décidé de former des groupes hétérogènes - sachant que la plupart des
questions posées restaient problématiques pour l’ensemble des élèves - afin de favoriser l’étayage entre pairs. Ces groupes ont bien fonctionné, en dépit d’un ou deux problèmes relationnels que nous avons pu réguler.

Il nous a semblé par ailleurs que des groupes de trois élèves auraient été plus riches en échanges entre élèves. Néanmoins, nous avons maintenu les binômes qui présentaient l’avantage d’occuper tous les membres du groupe (l’un tient la lampe, l’autre le globe) et de faciliter la régulation de l’activité.

Outils et matériels

En terme d’outils et de matériel, les dispositifs ont correctement fonctionné. La
conceptualisation a été correctement intégrée par la grande majorité des élèves. Les objets mis à disposition ont correctement rempli leur rôle lors des manipulations.

Par ailleurs, nous avons pu mettre en place des manipulations efficaces avec un matériel relativement modeste et peu coûteux.

Impact de la manipulation

Les séances de manipulation et d’investigation nous ont paru riches pour les élèves. En dehors de deux d’entre eux, les élèves ont été actifs : ils ont fait preuve d’imagination dans les phases d’investigation, ils ont été amené à coopérer avec leur partenaire pour mettre en place les mouvements des objets astronomiques.

La manipulation individuelle d’objets astronomique, ainsi que les situations proposées, ont permis aux élèves de se décentrer. Ils ont été amenés à quitter leur vision géocentrique pour considérer le système Soleil - Terre - Lune d’un point de vue extérieur. Lors des manipulations qu’ils ont pu vivre, ils ont pu être le Soleil ou la Lune.

La construction des connaissances semble avoir largement profité de la possibilité de manipuler, de reproduire des phénomènes, notamment les moins intuitifs. Ainsi, lorsqu’un des groupe a relié l’existence des saisons à la nécessité de l’inclinaison de l’axe de la Terre et a proposé une modélisation du phénomène, nous avons pu voir les différents groupes s’approprier cette connaissance, reprendre le dispositif, vérifier que le phénomène tel qu’ils le percevaient était correctement reproduit.

III.1.c. Le rôle de l’enseignant

Nous nous sommes efforcé de rester tout au long de la séquence dans le cadre théorique défini pour l’enseignant dans la partie I. Nous avons donc construit le cadre des manipulations en relation avec les savoirs des élèves et le domaine disciplinaire, nous avons suscité l’investigation de ceux-ci, régulé la classe, proposé du matériel et des documents (cf. fiches de préparation).

Si nous avons pu vérifier qu’une situation didactique construite fournit un cadre précis dans lequel les élèves expérimentent librement, nous avons été surpris par la place très importante prise par les tâches de régulation de la vie de classe ou des rapports entre élèves. Il semblerait aussi que certains élèves parmi ceux en difficulté se contentent difficilement d’un « guidage pédagogique » et réclament un encadrement plus précis : ils ont besoin d’être observés, encouragés, sollicités, stimulés et validés en permanence.

D’un point de vue pratique, les séances d’investigation débordent rapidement du cadre horaire préalablement fixé, la tentation est alors grande d’accélérer le rythme de travail en instillant en cours de séance quelques interventions transmissives. Le respect du temps d’investigation des élèves demande une certaine souplesse et quelque talent dans la régulation des différents groupes.

III.1.d. La production d’un écrit explicatif

L’évaluation initiale a révélé de nombreuses difficultés en maîtrise de la langue (cf.
quelques exemples donnés en annexe). De plus les élèves ne possédaient ni cahier
d’expériences, ni les compétences permettant une prise de notes et de croquis lors des manipulations. Nous avons donc été amené à éviter toute activité trop pointue dans ce domaine : nous avons privilégié la production en commun de traces écrites, et nous avons infléchi nos préparations vers quelques savoirs et savoir-faire fondamentaux.

Comme précédemment indiqué nous avons travaillé des compétences simples dans une séquence de maîtrise de la langue (cf. section Choix pédagogiques effectués lors de la préparation de la séquence). Après chaque manipulation, nous avons introduit des moments de regroupement au tableau, pour tenter de structurer en commun les connaissances au travers d’un croquis légendé. Ce croquis permettait à l’élève de commencer un travail d’abstraction des connaissances mises en jeu, de synthétiser les savoirs évoqués et de réinvestir le vocabulaire scientifique introduit par le maître lors des consignes. Ces moments constituaient aussi des balises pour la séance d’écriture d’un texte explicatif (cf. fiche de préparation).

Les temps de regroupement lors des séances de manipulation ont été partiellement des échecs. Les élèves semblent avoir perçu ces temps de structuration comme des « moments scolaires transmissifs » en comparaison des temps d’investigation et de manipulation plus libres. Ces moments ont cassé le rythme des séances, voire l’intérêt et la motivation de certains élèves. Ces moments, même très courts, se sont avérés problématiques dans la mesure où les élèves étaient relativement inactifs.

Toutefois, il semble qu’ils aient été utiles à certains élèves qui ont réinvesti certains acquis lors de la séance de rédaction en classe entière. Cette séance s’est déroulée de façon convenable, les élèves ayant à coeur d’argumenter en se référant aux manipulations précédemment vécues, de trouver le mot juste et la tournure syntaxique pertinente. Le choix et la réalisation des croquis a notamment donné lieu à des débats et à un travail collectif constructif. Malheureusement, il est difficile lors de ces moments de travail en commun de s’assurer de la participation réelle de la totalité du groupe classe.

III.1.e. L’évaluation finale des connaissances

L’évaluation finale des connaissances a constitué une déception à plus d’un titre.

D’une part, si l’on considère les deux questions déjà présentes lors de l’évaluation initiale, les évolutions sont peu probantes. Ainsi, à la question « Pourquoi y a-t-il des jours et des nuits ? », sept élèves attribuaient initialement ce phénomène à la rotation de la Terre : le nombre de réponses correctes est inchangé lors de l’évaluation finale. À la question « Pourquoi la lune change-t-elle de forme ? », si huit élèves, contre deux précédemment, apportent des éléments de compréhension au phénomène, aucun n’a su structurer une explication réellement complète.

D’autre part, d’un point de vue, qualitatif de nombreuses réponses s’apparentent à une « récitation » : les élèves se livrent à un exercice de mémoire mais ne font pas la preuve qu’ils se sont appropriés les savoirs (cf. la copie de Josian en annexe). Ceci est tout à fait évident lorsqu’on analyse certains croquis : ils « ressemblent » au croquis donné dans la synthèse, mais contiennent des erreurs montrant qu’ils ne sont pas porteurs de sens. Ainsi le schéma proposé par Garance pour expliquer les changements d’apparence de la Lune omet de représenter le Soleil, et indique des zones d’ombres incohérentes (premier et dernier quartier).

Il est possible de tempérer ce constat d’échec par plusieurs remarques. En trois semaines de stage, il nous était difficile de prendre en compte le temps et la non-linéarité de l’acquisition de savoirs [35]. Une évaluation différée permettant un réel réinvestissement des connaissances aurait peut-être donné des résultats différents.

L’évaluation proposée, sommative, ne permet une lecture qu’en fonction de la formule « connaissance finale - connaissance initiale = acquis » [36](p. 78), lecture partielle et contestée. D’un point de vue qualitatif, il est à noter que le nombre de réponses « je ne sais pas » est devenu insignifiant. De même, les réponses même fausses sont souvent davantage détaillées et argumentées que lors de l’évaluation initiale. Ceci peut être interprété comme un changement d’attitude - de savoir-être - positif de la part des élèves face aux questions qui leur sont soumises.

III.2. Réflexions suscitées par la mise en pratique de la séquence

Les résultats décevants de l’évaluation finale nous ont amené à faire un retour critique sur le déroulement de la séquence. Nous proposons ci-dessous quelques pistes de réflexions.

Faciliter l’appropriation du questionnement par les élèves

Certains auteurs insistent sur la nécessité pour les élèves de se pencher sur des problèmes qu’ils ont eux-mêmes soulevés et formulés [37]. Dans cet ordre d’idée, nous pouvons penser que les consignes du type « déplacer les globes autour de la source lumineuse en respectant les informations données » (cf. fiches de préparation) sont à repenser. Reproduire un mouvement s’apparente à une démarche transmissive, là où l’élève devrait s’approprier un problème. Avec d’avantage de temps, il aurait été possible de proposer sur ces mêmes notions
des séquences plus longues comprenant observations, modélisation, et manipulations, permettant une meilleure implication des élèves. Nous aurions pu ainsi monter un travail préliminaire autour de l’utilisation d’un gnomon [38](p. 225-228).

Analyse des obstacles rencontrés lors de la séquence

Afin d’affiner notre réflexion, nous nous sommes référé à la liste des obstacles à
l’évolution des conceptions recensés dans [39](p. 90) :

1. l’apprenant manque d’informations ;
2. l’apprenant n’a pas envie de changer de conception :
   1. le problème abordé ne le motive pas ;
   2. les questions qu’il se pose ne sont pas celles soulevées par l’enseignant ;
   3. l’élève croit déjà savoir, il trouve son modèle efficace ;
3. l’apprenant n’arrive pas à construire une nouvelle connaissance car il a déjà des idées préconçues qui l’empêchent de percevoir la réalité du phénomène ou d’intégrer une nouvelle information qui vient en contradiction avec la représentation initiale ;
4. l’apprenant est incapable de construire un savoir car il ne possède pas les outils nécessaires à cette intégration (opérations mentales, stratégies à utiliser, connaissances périphériques qu’il faut posséder pour comprendre ce qui est apporté).

Nous avons déjà mentionné le cas de certains élèves qui se sont rapidement marginalisés et désintéressés des problématiques. Outre la question de la régulation des rapports entre élèves, il est probable que ceux-ci se soient confrontés à des obstacles de types (2a) et (4).

Quelques élèves ne se sont pas contentés du cadre d’étude que nous avions défini. Ainsi, la question « Qu’est-ce qui fait tourner la Terre ? » est revenue fréquemment au cours de la séquence, nous étions alors face à l’obstacle (2b).

Si l’on en juge par la persistance de certaines réponses telles que « Le Soleil et la Lune rythment la succession des jours et des nuits » entre les évaluations initiale et finale (cf. annexe), il est probable que nous étions en présence d’obstacle de type (2c) ou (3).

En outre, la présence de réponses comme « Il fait jour parce qu’il y a le Soleil. » ou « La Lune change de forme à la nouvelle Lune, au dernier quartier, au premier quartier et à la Lune noire. » qui ne sont que descriptions dans l’évaluation finale laisse penser que certains élèves rentraient dans la catégorie (4).

Enfin, la façon dont est vécue l’évaluation doit être un point de réflexion dans la mesure où il nous a semblé que certains élèves vivaient les évaluations (initiale ou finale) comme des temps contraints, pendant lesquels ils faisaient abstraction de tout ce qui avait été vécu en classe par ailleurs. Ainsi, la copie de Benjamin (cf. annexe) semble comporter plus de références à un vécu antérieur interprété (lors d’une éclipse) qu’aux connaissances abordées lors de la séquence.

Certaines des pistes évoquées nécessiteraient d’affiner nos analyses par des entretiens individuels et de travailler les savoirs, savoir-faire et savoir-être sur le long terme et dans un souci d’interdisciplinarité.

Enfin, nous devons noter que certains élèves ont parfaitement profité de cette séquence d’apprentissage, et que celle-ci a suscité de nombreux questionnements sur lesquels il aurait été possible de rebondir (Pourquoi le ciel est-il bleu ? Comment tournent les autres planètes ?), et des prolongements variés partagés au sein des familles, ce qui aurait enthousiasmé les tenants du programme La Main à la pâte [40](p. 99-104).

III.3. Conclusion

Lors de la mise en oeuvre de la séquence d’astronomie nous avons été confronté à
l’ensemble des problématiques liées à une « démarche expérimentales d’investigation » : importance et persistance des conceptions des élèves, nécessité de la définition d’une démarche pédagogique comme cadre à la manipulation des élèves, sensibilité du rôle de l’enseignant au regard de l’ensemble des régulations à mettre en place lors des séances d’apprentissage, fonction de la trace écrite pour la structuration et l’abstraction des données, difficulté d’une évaluation rigoureuse et éclairante.

Les résultats de l’évaluation finale portant sur des connaissances ponctuelles se sont avérés relativement décevants. Toutefois, ils sont en accord avec les ouvrages théoriques cités dans ce rapport qui mettent l’accent sur la nécessité de construire les savoirs dans le temps et au sein de réseaux conceptuels pluri-disciplinaires.

En définitive, les questions qui restent ouvertes à la reflexion à l’issue de notre étude sont les suivantes :
 quelle méthode de régulation du groupe classe mettre en oeuvre ?
 comment gérer une forte hétérogénéité des apprenants dans une démarche
d’investigation ?
 quelles sont les remédiations possibles (et que devient alors la place de l’enseignant ?) lorsque l’élève ne s’implique pas ou ne possède pas les compétences nécessaires pour mener une investigation ?

Les ouvrages de référence ne s’appesantissent que peu sur ces questions d’une part parce qu’il n’existe aucun « remède-miracle » connu, et d’autre part par ce que les réponses s’inscrivent dans le long terme par un travail sur les savoir-faire et les savoir-être aux différents cycles.

IV. Annexes

IV.1. Références aux textes officiels

Nous présentons les extraits des textes officiels sur lesquels nous nous sommes fondés pour construire la séquence. Les compétences sont notamment issues des domaines transversal « Maîtrise du langage et langue française » et disciplinaire « Sciences expérimentales et technologie ». Les citations sont extraites de [41].

Domaine transversal « Maîtrise du langage et langue française »

 Compétences générales (pp.170-172)

• Savoir se servir des échanges verbaux dans la classe
  • situation de dialogue collectif : questionner l’adulte ou les autres élèves à bon escient, reformuler l’intervention d’un autre élève ou du maître.
  • situation de travail de groupe et mise en commun des résultats : commencer à prendre en compte les points de vue des autres membres du groupe.
  • situation d’exercice : exposer ses propositions de réponse et expliciter les raisons qui ont conduit à celles-ci.
• Avoir acquis une meilleure maîtrise du langage écrit dans les activités de la classe
  • Savoir lire pour apprendre : lire et utiliser tout texte scolaire relatif aux diverses activités de la classe ( manuels scolaires, fiches de travail, affiches d’organisation des activités, etc.), mettre en relation les textes lus avec les images, les tableaux, les graphiques ou les autres types de documents qui les complètent.
  • Avoir acquis une première compétence d’écriture et de rédaction : copier rapidement un texte d’au moins dix lignes sans erreur orthographique, correctement mis en page, avec une écriture cursive régulière et lisible.

 Compétences spécifiques (sciences expérimentales et technologie) (pp. 175)

• Parler : utiliser le lexique spécifique des sciences dans les différentes situations didactiques mises en jeu, formuler des questions pertinentes, participer activement à un débat argumenté pour élaborer des connaissances scientifiques en en respectant les contraintes.
• Lire : lire et comprendre un ouvrage documentaire, de niveau adapté, portant sur l’un des thèmes au programme, traiter une information complexe comprenant du texte, des images, des schémas, des tableaux, etc.
• Écrire : rédiger, avec l’aide du maître, un compte rendu d’expérience ou d’observation (texte à statut documentaire).

Domaine disciplinaire « Sciences expérimentales et technologie »

 Programme (pp. 246-247)

• Le ciel et la terre : le mouvement apparent du Soleil, la durée du jour et son évolution au cours des saisons, la rotation de la Terre sur elle-même et ses conséquences.

 Compétences (p. 248-249)

• Être capable de : poser des questions précises et cohérentes à propos d’une situation d’observation ou d’expérience, mettre en relation des données, en faire une représentation schématique et l’interpréter, mettre en relation des observations réalisées en classe et des savoirs que l’on trouve dans une documentation, rédiger un compte rendu intégrant schéma d’expérience ou dessin d’observation.
• Avoir compris et retenu : quelques phénomènes astronomiques : « course du Soleil », durée des jours et des nuits, évolution au cours des saisons (calendrier).

IV.2. Compte-rendu de l’évaluation initiale

IV.2.a. Synthèse des réponses obtenues lors de l’évaluation initiale

 Pourquoi y-a-t-il des jours et des nuits ?

• Notions sous-jacentes : la succession des jours et des nuits, la rotation de la Terre sur elle-même.

Je ne sais pas	6
Réponse incompréhensible	1
La Terre tourne sur elle-même	4
La Terre tourne sur elle-même, le Soleil se déplace	2
La Terre tourne sur elle-même et autour du Soleil	1
La Terre tourne autour du Soleil	1
Le Soleil et la Lune rythment la succession des jours et des nuits	1

 Pourquoi, en France, fait-il plus chaud en été qu’en hiver ?

• Notions sous-jacentes : la succession des saisons, la révolution de la Terre autour du Soleil.

Je ne sais pas	5
En été, il fait chaud, en hiver il fait froid	2
Les phénomènes climatologiques sont responsables	4
La France est un pays tempéré	1
Le climat change	1
La Soleil tourne autour de la Terre	1
La Terre refroidit en hiver	1
Le Soleil est plus chaud en été	1

 Quelle est la durée de la nuit ?

• Notions sous-jacentes : la variation des jours et des nuits au cours des saisons.

La durée de la nuit dépend des saisons	10
La durée de la nuit est de :
7 h	1
12 h	3
15 h	1
24 h	1

 Peut-on voir la Lune pendant la journée ? Pourquoi ?

• Notions sous-jacentes : la révolution de la Lune autour de la Terre, phénomène indépendant de la rotation de la Terre sur elle-même, la Lune reflète la lumière du Soleil.

Oui	Non	Je ne sais pas
12	3	1

Je ne sais pas	9
La Lune, c’est la nuit	1
Le jour, la Lune est de l’autre côté de la Terre	1
Le Soleil éclaire la Lune	2
Le Soleil reflète la Lune	1
Le jour, on peut voir la Lune quand elle est proche	1
Le jour, on peut voir la Lune quand il y a des éclipses	1

 Pourquoi la Lune change-t-elle de forme ?

• Notions sous-jacentes : le système Soleil - Terre - Lune et ses différentes configurations, la Lune reflète la lumière du Soleil.

Je ne sais pas	9
La Lune tourne	1
Les nuages modifient la forme de la Lune	2
Le Soleil éclaire la Lune plus ou moins	1
La Lune, c’est la nuit	2
La Lune change de forme en fonction des jours	1

IV.2.b. Transcriptions de copies d’élèves

Nous transcrivons ci-dessous les réponses données par sept des seize élèves lors de l’évaluation initiale. Nous avons volontairement conservé l’orthographe et la ponctuation d’origine.

 Jean-Philippe : « 1/ parce-que la terre tourne autour d’elle. 2/ parce que le soleil est plus chaud 3/ Sa dépent des saisons 4/ Oui 5/ je ne sais pas »
 Benjamin : « 1/ je ne sait pas 2/ En été il fait plus chaud quand hiver parce qu’en été c’est la çéson ou il fait chaud et en hiver c’est la çéson la ou il fait froi. 3/ ça dépen des saisons. 4/ Oui. Je ne sait pas pourquoi. 5/ je ne sait pas pourquoi. »
 Josian : « 1/ Parce que la terre tourne autour du soleil 2/ Parce que c’est un pays temperé 3/ Sela depans des saison 4/ Oui Parce elle les proch 5/ A cose des nuage »
 Gaël : « 1/ je cest pas ? 2/ sa des pend des saisons. 3/ la durée de la nuit et 7h00. 4/ Oui. Pour que j’ai-pas ! 5/ sa d’ai-pend des jours. »
 Mathilde : « 1/ je ne c’est pas 2/ quar en hiver il pleus i neige il y a du bouiar 3/ sa dépan des saison 4/ oui 5/ je sais pas »
 Leïla : « 1/ Parce que ont travaille le jour à l’école faire le ménage à la maison. 2/ Parce que ont et en été et puis en été il fait chaud et en hiver il fait froid parce que c’est le mois de décembre il fait froit pour noël. 3/ 12 heure 4/ oui. Je ne sait pas Pourquoi 5/ Parce que quand nous c’est le jour nous avons pas la les autre pays auront la lune parce que c’est la nuit. »
 Philippe : « 1/ Parce que la terre tourne sur elle même et tourne autour du soleil. 2/ Je ne sait pas. 3/ La nuit commence vers 20h00 jusqu’à 7 du matin, mais sa change parapore au saison. 4/ On peut voir la lune la journée parce que le soleil reflète la lune. 5/ Parce que les nuages quand y fait nuit cache un petit bout de lune. »

IV.3. Compte-rendu de l’évaluation finale

IV.3.a. Synthèse des réponses obtenues lors de l’évaluation finale

 Pourquoi y a-t-il des jours et des nuits ?

La Terre tourne sur elle-même	5
La Terre tourne	2
Le Soleil est du côté de la Terre où il fait jour, de l’autre côté il fait nuit	1
La Terre tourne autour du Soleil	3
Le Soleil tourne autour de la Terre	1
Le Soleil et la Lune rythment la succession des jours et des nuits	2
Il fait jour parce qu’il y a le Soleil	1

 Pourquoi la lune change-t-elle de forme ?

La Lune tourne autour de la Terre et reflète la lumière du Soleil	2
La Lune tourne autour de la Terre	1
La Lune tourne	1
La Lune change de forme quand elle change de côté	1
La Lune ne change pas de forme, c’est le Soleil qui l’éclaire en partie	2
La Lune change de forme à cause du Soleil	1
La forme de la Lune dépend des saisons	4
La Lune tourne autour du Soleil	1
La Lune change de forme à la nouvelle Lune, au dernier quartier, au premier quartier et à la Lune noire.	1
Je ne sais pas	1

 Explique ce qu’est une éclipse de Soleil.

La Lune passe entre la Terre et le Soleil, projette son ombre	10
La Terre est entre le Soleil et la Lune	1
Je ne sais pas	3
L’éclipse est une boule de feu dans le ciel avec des rayons violets qui brûlent les yeux et qui passe tous les siècles	1

IV.3.b. Quelques extraits de copies d’élèves

Nous présentons ci-dessous quelques extraits de copies d’élèves à des fins d’illustration.

Nous avons observé que les explications données lors de l’évaluation finale étaient plus étoffées que celles de l’évaluation initiale. Seuls onze élèves ont réinvesti leur savoir-faire en matière de schémas explicatifs, certains tendant vers le dessin esthétique.