Peu à peu, leurs connaissances biologiquement primaires sur le sujet se voient complétées ou sont remises en question par des connaissances biologiquement secondaires. En outre, la complexité de notre environnement et le fait que tous nos sens soient activés lors de l'observation de phénomènes, font qu’une partie des connaissances scientifiques sont tacites.
Voici une synthèse personnelle d’un article de Richard Brock (2017) sur le sujet additionné de quelques arguments proposés par Daniel T. Willingham (2010).
En ce qui concerne l’enseignement des sciences, nombre de didacticiens et de pédagogues regrettent que les concepts scientifiques soient explicités aux élèves. Ils préfèreraient que ceux-ci aient l’occasion de les découvrir par eux-mêmes à travers des expériences contextualisées. Ils émettent par là le souhait que la démarche scientifique soit utilisée en tant qu'approche pédagogique pour l'enseignement des sciences. Pour apprendre à devenir un scientifique et acquérir des connaissances, nous devrions penser comme un scientifique.
(Photographie : Gordon Stillman)
Voici une synthèse personnelle d’un article de Richard Brock (2017) sur le sujet additionné de quelques arguments proposés par Daniel T. Willingham (2010).
L’enseignement des sciences, entre dimensions implicites et explicites
En ce qui concerne l’enseignement des sciences, nombre de didacticiens et de pédagogues regrettent que les concepts scientifiques soient explicités aux élèves. Ils préfèreraient que ceux-ci aient l’occasion de les découvrir par eux-mêmes à travers des expériences contextualisées. Ils émettent par là le souhait que la démarche scientifique soit utilisée en tant qu'approche pédagogique pour l'enseignement des sciences. Pour apprendre à devenir un scientifique et acquérir des connaissances, nous devrions penser comme un scientifique.
Nous avons vu dans un précédent article que les élèves n’ont pas les capacités cognitives pour penser comme des scientifiques (voir article).
Les données de la recherche sont claires. Même dans un cours de sciences, l’approche par la découverte d’influence socioconstructiviste — qui appartient aux pédagogies mettant l’élève au centre de l’apprentissage comme constructeur de son propre savoir, — est moins effiace qu'un enseignement explicite.
De la même manière, certains élèves peuvent manquer de certains types de connaissances tacites. Certaines formes de compréhension peuvent être tacites. L’expertise, dans un grand éventail de professions, a été liée à l’acquisition de connaissances tacites. Un cuisinier qui goûte son plat, un œnologue qui évalue un vin, un enseignant qui observe sa classe, ou un médecin qui examine son patient, tous exécutent des compétences qui ne sont pas totalement verbalisables. Le fait que les élèves aient été en contact et témoins par leur éducation familiale d’une grande variété de phénomènes naturels leur facilite l’accès à des savoirs scientifiques plus abstraits de nature connexe ou analogue.
Ainsi, le lien entre les connaissances tacites et une compréhension aboutie et fonctionnelle peut expliquer la frustration des enseignants. Elle se manifeste lorsqu’ils découvrent que le fait d’encourager l’acquisition d’informations supplémentaires ne corrige pas nécessairement les lacunes dans la compréhension préalable de leurs élèves.
À partir du moment où ces connaissances ne sont pas verbalisables, leur simple enseignement verbal ne suffit pas non plus. Il y a le besoin évident de montrer des expériences et des phénomènes dans un cours de sciences. Nous devons pouvoir faire ressentir d’une façon ou d’une autre une expérience scientifique, pour permettre une acquisition pleine des connaissances tacites.
Faire le lien avec les connaissances tacites peut parfois aider, c’est tout l’objectif du lien entre le concret et l’abstrait, entre le verbal et le visuel (ce qui est le cadre de la théorie du double codage). À d’autres moments, des connaissances tacites peuvent révéler des conceptions erronées, des heuristiques qui peuvent faire obstacle à l’apprentissage. Il faut alors les prendre en compte.
Les connaissances tacites qui correspondent à une compréhension intuitive sont difficiles à communiquer. Au moins une partie des connaissances des experts scientifiques est tacite et donc difficile à transférer hors contexte et directement aux élèves. Ils doivent en faire l’expérience eux-mêmes, idéalement guidés et accompagnés. C’est là toute l’importance des stages en milieu professionnel et des séances de laboratoire en science également.
Les connaissances tacites peuvent ainsi être cruciales pour la compréhension et donc le transfert de ces connaissances dans des contextes similaires.
Un cours de sciences décrit une réalité et des phénomènes extérieurs tangibles. Lorsqu’un élève mémorise les connaissances factuelles énumérées dans un programme d’études, il doit être capable de s’en souvenir et de faire le lien avec ses connaissances tacites. Si cette dimension n’est pas explorée, il est susceptible d’avoir des difficultés à transférer ses connaissances à des situations nouvelles et de ne pas avoir la capacité de faire des liens pertinents entre les différents concepts croisés.
La différence entre les connaissances tacites des experts et celles des novices est difficile à décrire. Elle peut impliquer divers éléments. C’est par exemple la connaissance du type de contextes dans lesquels une approche particulière sera couronnée de succès, une signification des structures sous-jacentes, des situations ou des modèles kinesthésiques connexes de comportement de systèmes particuliers. Une pratique exigeante permet de les développer, sans quoi nous n’aurions pas d’experts.
Un bon enseignement des sciences devrait favoriser la prise de conscience par les élèves de la manière dont les connaissances tacites affectent leur pensée et les aider à acquérir des connaissances tacites spécialisées.
Les connaissances tacites sont elles-mêmes des objets d’expertise. Nous ne pouvons pas espérer que les élèves les acquièrent et les affinent comme le font les experts en adoptant une démarche de découverte et d’expérimentation scientifique.
Si nous prenons l’exemple de médecins expérimentés, ceux-ci semblent avoir développé presque un sixième sens. Celui-ci leur permet à la vision du malade et à la lecture de ses résultats d’analyse de distinguer ce qui est important de ce qui ne l’est pas. Ils ont développé une compréhension tacite du fonctionnement du corps, ils connaissent suffisamment bien le système corporel pour deviner avec ces indices ce qui est susceptible de se passer. Ces connaissances ne sont pas aisément réductibles à un ensemble de connaissances explicites.
L’intuition est un sentiment tacite qui influence la pensée avec peu d’effort conscient. Elle n’est pas un processus entièrement rationnel et explicite, notamment car elle est reliée à des connaissances tacites.
Comment expliquer que les élèves puissent acquérir des connaissances sur le monde physique, qu’ils ne sont pas capables d’exprimer en mots ?
Les connaissances tacites sont souvent perçues comme un obstacle à la pensée des novices, puisque leurs intuitions peuvent différer des modèles scientifiques acceptés.
Cependant, les intuitions d’experts peuvent être des outils puissants pour résoudre rapidement des problèmes.
La question est de savoir comment nous passons de l’intuition d’un novice à celle d’un expert.
Le principe clé est que les intuitions peuvent se développer par le biais d’interactions avec le monde physique.
Par conséquent, deux suggestions plausibles pour étayer les connaissances intuitives des élèves sont la participation à des travaux pratiques appropriés et l’utilisation de simulations informatiques.
Il s’agit des cas de figure où l’enseignant réalise une expérience devant les élèves, où ceux-ci réalisent une visite extérieure en contexte ou lors de travaux pratiques en laboratoire.
L’idée est de donner l’opportunité à l’élève de se créer des connaissances des phénomènes qui sont stockées sous forme non verbalisables. Elles viendront s’associer aux connaissances scientifiques verbalisables et plus abstraites.
Il est possible que le travail pratique puisse développer ce genre de connaissances qui ne s’expriment pas en mots. Cependant, il y a deux risques :
Par contre lors du modelage, la démonstration d’expériences par l’enseignant est particulièrement pertinente pour illustrer et faire la jonction immédiate entre connaissance tacite et connaissance explicite.
L’utilisation de simulations informatiques ou de supports audiovisuels adéquats et précis permet de générer des connaissances tacites. Ce genre d’outil permet à l’enseignant de mieux contrôler la nature des événements observés par les élèves.
Les expériences avec des mondes simulés ou à travers un écran ne sont, en principe, pas radicalement différentes de l’engagement avec le monde physique. Elles peuvent donc être utilisées en complément de la réalisation d’expériences, pour développer les intuitions des élèves. Le principe est qu’elles demandent moins de temps de préparation à l’enseignant. Il est donc susceptible d’en utiliser plus souvent et en nombre plus important.
Le développement de l’intuition ne se suffit pas en tant que tel, il est plutôt probable que la compréhension par les élèves du contenu explicite et de la nature tacite des sciences se développe conjointement.
De même, un exposé purement explicite du contenu des sciences sans mise en évidence de leur nature tacite est également contreproductif. Si un grand nombre d’élèves considèrent les sciences scolaires comme un exercice d’acquisition de faits, ils peuvent ne pas être sensibles au rôle des connaissances et processus tacites dans leur apprentissage. Ceci peut limiter leur compréhension et leurs capacités de transfert d’un contexte à l’autre.
Il peut être utile de présenter aux élèves le modèle de pensée à deux systèmes de Daniel Kahneman ou de Metcalfe et Mischel (voir article). Ces modèles proposent d’utiliser de façon consciente à la fois un système de pensée rapide, mais tacite et un système de pensée délibéré et explicite, et encourager la réflexion sur le moment où chaque processus est utilisé.
Une telle discussion ne devrait pas définir un système comme supérieur à l’autre, mais encourager la réflexion sur la nature et les limites des deux processus :
La perspicacité est une conscience explicite des relations nouvelles entre les concepts qui arrive avec une soudaineté apparente et peu de conscience de la transformation qui a eu lieu.
L’élément tacite lié à la perspicacité est que les processus menant à la compréhension sont obscurs, bien que les connaissances qui en résultent soient consciemment disponibles.
Dans un raisonnement délibéré, un apprenant peut consciemment relier des concepts, surmonter des contradictions et clarifier des relations avant de parvenir à une compréhension cohérente.
Dans le cas de la perspicacité, le traitement se fait sans conscience et la compréhension finale, qui est explicite, semble arriver sans effort délibéré. Les moments où les enseignants provoquent des éclaircissements soudains sur la compréhension ont été décrits comme l’une des expériences les plus enrichissantes de l’enseignement des sciences.
Dans les deux cas, nous aboutissons à un changement conceptuel. Or l’enseignement des sciences avec la multitude de concepts et de modèles qu’il contient multiplie les changements conceptuels de façon soutenue.
Le changement conceptuel est généralement considéré comme un processus graduel et les changements soudains dans la compréhension sont considérés comme des événements rares.
Néanmoins, il existe un certain nombre de modèles de changement conceptuel qui permettent le type de changement discontinu que l’on peut observer dans un moment d’introspection. Par exemple, dans le modèle de Michelene T. H. Chi du changement conceptuel, une revendication particulière est faite sur les différences entre les concepts naïfs et scientifiques :
Le phénomène lié à la perspicacité serait lié au transfert d’un concept entre ontologies, sous forme d’une transition qui pourrait expliquer la soudaineté apparente de l’intuition puisqu’il ne peut exister de catégorisation intermédiaire.
Par exemple, un élève peut ressentir un moment d’introspection lorsqu’il reclasse le phénomène de combustion. Il passe d’une association initiale avec des objets physiques à une compréhension abstraite de ce processus sous forme d’une réaction chimique répondant à toute une série de critères physico-chimiques.
Les humains ont tendance à résister aux changements de compréhension qu’ils ont mis des efforts à développer. La capacité de passer d’une conceptualisation initiale à une compréhension novatrice d’un problème peut sous-tendre certains moments de compréhension.
Par exemple, les élèves pourraient être encouragés à résoudre des problèmes en sciences en envisageant des approches avant tout centrées sur des processus. Ceux-ci correspondent aux notions de forces, de travail, de puissance, de rendement, d’équilibre, conservation de l’énergie, de la matière. De cette manière, ils évitent de se centrer sur la nature des objets mobilisés.
Il ne faut pas s’attendre à ce que des moments de réflexion se produisent fréquemment dans les cours de sciences. Cependant, des moments de perspicacité qui induisent un changement conceptuel sont précieux et doivent être pris en compte.
Après une période d’engagement conscient et infructueux dans une tâche, il est rapporté que l’intuition peut se produire pendant l’engagement dans une tâche sans rapport. L’intervalle de travail sur une activité différente est appelé période d’incubation.
Si la consolidation des apprentissages nécessite une distribution dans le temps, nous voyons que la compréhension et la mise en place de schémas cognitifs adéquats en profitent également. Le processus de traitement et d’organisations des connaissances peut se poursuivre en dehors de leurs temps de mobilisation directe.
Tout ceci plaide aussi pour un enseignement qui part du simple vers le complexe, prend le temps de guider les élèves, distribue la pratique et multiplie ainsi ces occasions pour les élèves de rencontrer des moments de perspicacité.
Il est utile de laisser suffisamment de temps aux élèves pour s’engager dans la résolution de problèmes adaptés à leur niveau, lors de la pratique guidée et autonome. De même, ils doivent avoir l’occasion de réfléchir à des réponses à des questions en classe. Cela peut permettre à leur traitement tacite d’atteindre un résultat conscient.
Il importe également de privilégier des exercices et des problèmes qui nécessitent un changement dans la représentation pour être résolus. Ceux-ci sont décrits comme étant des problèmes de compréhension.
Il s’agit donc d’éviter des problèmes et des exercices qui se limitent à un rappel de connaissances factuelles ou à l’application d’un ensemble de routines à la résolution d’un problème. De tels exercices sont importants, mais ils peuvent être bénéfiques pour les élèves s’ils ont l’occasion de résoudre des problèmes de compréhension qui vont leur demander d’élaborer (voir article).
Les problèmes de compréhension peuvent aider les élèves à comprendre que la résolution de problèmes en sciences ne consiste pas seulement à suivre une série d’étapes prédéterminées. De même, les émotions positives associées à une solution réussie peuvent être source de motivation ultérieure.
L’enjeu de l’apprentissage des sciences n’est pas que ceux-ci créent ou construisent leurs propres apprentissages accompagnés par leurs enseignants dans le cadre de situations d’apprentissage authentiques et complexes.
L’enjeu de l’apprentissage des sciences est que les élèves soient capables de comprendre des connaissances, de les consolider et de les intégrer dans des schémas cognitifs fonctionnels qui permettent une association entre connaissances verbales, procédurales et tacites.
Les connaissances et l’expérience que les experts ont accumulées leur permettent de réfléchir différemment. L’enseignant a un statut d’expert sur la matière qu’il enseigne. Il ne peut espérer que ses élèves arrivent à penser comme sur celle-ci.
Il y a une différence fondamentale entre la compréhension de connaissances et la création de connaissances. Les scientifiques créent, élaborent, émettent des hypothèses, testent des théories sur des phénomènes naturels. Dans un champ voisin, des mathématiciens créent des preuves et des démonstrations pour résoudre des problèmes complexes.
La compréhension de connaissances est un objectif moins ambitieux, mais plus réaliste pour les élèves. Un élève n’est pas capable d’élaborer une théorie scientifique, de poser des hypothèses ou de tirer des conclusions face à des résultats d’expériences scientifiques.
Un élève est toutefois capable de comprendre en profondeur une théorie qui existe déjà. Tout cela n’exclut pas le fait que les élèves doivent comprendre comment la science fonctionne et progresse, même s’ils n’ont pas encore développé les capacités d’utiliser ce procédé.
Les données de la recherche sont claires. Même dans un cours de sciences, l’approche par la découverte d’influence socioconstructiviste — qui appartient aux pédagogies mettant l’élève au centre de l’apprentissage comme constructeur de son propre savoir, — est moins effiace qu'un enseignement explicite.
Malgré tout, l’enseignement des sciences reste très attaché à ces démarches par l’ancrage de la méthode scientifique.
La première hypothèse présentée dans cet article est que toutes les connaissances scientifiques ne peuvent pas être explicitées. Une partie non négligeable des compétences enseignées en sciences reste en partie implicite et échappe à toute explicitation. Cette partie correspond à des connaissances tacites. Les connaissances tacites sont des connaissances qui ne peuvent être exprimées directement par des mots.
La seconde hypothèse explorée consiste à voir comment une démarche d’enseignement explicite peut mieux prendre en compte ces connaissances tacites. En effet, les connaissances tacites ont un impact manifeste sur l’apprentissage en sciences. Les enseignants doivent être attentifs à l’acquisition et le développement d’une compréhension implicite par leurs élèves.
Les processus de l’intuition et de la perspicacité peuvent être considérés comme des mécanismes dans lesquels les connaissances tacites et explicites interagissent.
Par rapport à certains contextes naturels ou expérimentaux, certains phénomènes ou expériences scientifiques, un élève peut deviner une réponse ou l’évolution d’un phénomène, sans pouvoir expliquer ou justifier par des mots, les bases exactes de son raisonnement.
Ce genre d’allégations indique la présence d’une connaissance difficilement exprimable et tacite. Par exemple, les élèves disposent de connaissances tacites sur la pesanteur, sur l’accélération ou encore sur la circulation du sang.
En observant un phénomène chimique, biologique ou physique, un élève peut avoir une intuition de son évolution. Il peut développer une compréhension qui n’est pas réductible aux explications scientifiques qu’en fera l’enseignant par la suite. Celle-ci est liée à l’expérience sensorielle que se fait l’élève du phénomène ou au fait qu’il possède déjà de contextes transposables entre lesquels des transferts possibles de compréhension existent.
L’élève est ainsi possesseur d’une compréhension de phénomènes scientifiques qu’il ne pourra pas complètement exprimer verbalement de manière déclarative. Ces connaissances tacites présentent une utilité certaine, car elles lui permettent de faire des prédictions.
La perspicacité correspond à ces moments où les élèves font l’expérience après des tergiversations ou un sentiment de confusion, d’une soudaine limpidité de pensée, de clarté. Il leur vient alors à l’esprit un « Ah, oui c’est ça, c’est comme ça que ça marche ! ».
Tout ceci suggère que les processus qui mènent à cette compréhension ne sont pas toujours pleinement disponibles pour leur conscience.
Les connaissances tacites regroupent les connaissances, innées ou acquises, le savoir-faire et l'expérience. Elles sont généralement difficiles à verbaliser par opposition aux connaissances explicites.
La première hypothèse présentée dans cet article est que toutes les connaissances scientifiques ne peuvent pas être explicitées. Une partie non négligeable des compétences enseignées en sciences reste en partie implicite et échappe à toute explicitation. Cette partie correspond à des connaissances tacites. Les connaissances tacites sont des connaissances qui ne peuvent être exprimées directement par des mots.
La seconde hypothèse explorée consiste à voir comment une démarche d’enseignement explicite peut mieux prendre en compte ces connaissances tacites. En effet, les connaissances tacites ont un impact manifeste sur l’apprentissage en sciences. Les enseignants doivent être attentifs à l’acquisition et le développement d’une compréhension implicite par leurs élèves.
L’intuition et la perspicacité, deux formes de compétences tacites en sciences
Les processus de l’intuition et de la perspicacité peuvent être considérés comme des mécanismes dans lesquels les connaissances tacites et explicites interagissent.
L’intuition
Par rapport à certains contextes naturels ou expérimentaux, certains phénomènes ou expériences scientifiques, un élève peut deviner une réponse ou l’évolution d’un phénomène, sans pouvoir expliquer ou justifier par des mots, les bases exactes de son raisonnement.
Ce genre d’allégations indique la présence d’une connaissance difficilement exprimable et tacite. Par exemple, les élèves disposent de connaissances tacites sur la pesanteur, sur l’accélération ou encore sur la circulation du sang.
En observant un phénomène chimique, biologique ou physique, un élève peut avoir une intuition de son évolution. Il peut développer une compréhension qui n’est pas réductible aux explications scientifiques qu’en fera l’enseignant par la suite. Celle-ci est liée à l’expérience sensorielle que se fait l’élève du phénomène ou au fait qu’il possède déjà de contextes transposables entre lesquels des transferts possibles de compréhension existent.
L’élève est ainsi possesseur d’une compréhension de phénomènes scientifiques qu’il ne pourra pas complètement exprimer verbalement de manière déclarative. Ces connaissances tacites présentent une utilité certaine, car elles lui permettent de faire des prédictions.
La perspicacité
La perspicacité correspond à ces moments où les élèves font l’expérience après des tergiversations ou un sentiment de confusion, d’une soudaine limpidité de pensée, de clarté. Il leur vient alors à l’esprit un « Ah, oui c’est ça, c’est comme ça que ça marche ! ».
Tout ceci suggère que les processus qui mènent à cette compréhension ne sont pas toujours pleinement disponibles pour leur conscience.
Caractéristiques des connaissances tacites en sciences
Les connaissances tacites regroupent les connaissances, innées ou acquises, le savoir-faire et l'expérience. Elles sont généralement difficiles à verbaliser par opposition aux connaissances explicites.
Bien qu’elles ne puissent être exprimées directement, les connaissances tacites exercent une influence sur la pensée consciente.
Deux aspects sont à mettre en évidence :
L’acquisition de connaissances explicites ne mène pas nécessairement à une compréhension approfondie. Certains élèves mémorisent des concepts, mais ne savent pas exactement ce qu’ils signifient et ne les appliquent pas correctement. Ils ne sont pas capables d’une élaboration concrète à leur sujet.
De même, des élèves peuvent automatiser certaines procédures pour accomplir certaines tâches. Malheureusement, celle-ci peut avoir lieu avec peu de compréhension de la nature des processus ou d’explications sur le sens propre et le point de vue critique à donner à la réponse obtenue.
C’est un peu comme si ces élèves avaient étudié des mots ou des phrases, une syntaxe dans une langue étrangère, et pouvaient imiter les sons, sans être conscients du sens des mots. Dans ce cas, leur pseudocompréhension repose sur une interprétation certes tacite, mais en grande partie incohérente des savoirs nouveaux.
Deux aspects sont à mettre en évidence :
- Les connaissances tacites et leur traitement peuvent prendre la forme de connaissances qui existent, ou de traitements qui se produisent, au-delà des limites de notre conscience. De même, d’autres types de connaissances conscientes, par exemple celles liées aux mouvements et transformations d’objets, peuvent être codées sous une forme non verbalisable.
- Selon une théorie développée par Amos Tversky et Daniel Kahneman, l’être humain n’est pas toujours rationnel, car il est soumis à des biais. Le comportement suit parfois des règles approximatives pour prendre des décisions plutôt que de raisonner et considérer tous les paramètres d’un problème. Il fait alors appel à des heuristiques. Il s’agit de règles rationnelles approximatives, fournissant des réponses qui sont satisfaisantes sans être optimales. Elles sont susceptibles d’amener à commettre des erreurs. Les heuristiques sont des opérations mentales intuitives, rapides et automatiques. Les heuristiques permettent d’effectuer plus simplement des jugements, de faire face à l’incertitude, de préserver les efforts et de faire gagner du temps. Elles servent également à généraliser et à porter des jugements abstraits.
Le développement de connaissances explicites en sciences n’est pas toujours synonyme de compréhension
L’acquisition de connaissances explicites ne mène pas nécessairement à une compréhension approfondie. Certains élèves mémorisent des concepts, mais ne savent pas exactement ce qu’ils signifient et ne les appliquent pas correctement. Ils ne sont pas capables d’une élaboration concrète à leur sujet.
De même, des élèves peuvent automatiser certaines procédures pour accomplir certaines tâches. Malheureusement, celle-ci peut avoir lieu avec peu de compréhension de la nature des processus ou d’explications sur le sens propre et le point de vue critique à donner à la réponse obtenue.
C’est un peu comme si ces élèves avaient étudié des mots ou des phrases, une syntaxe dans une langue étrangère, et pouvaient imiter les sons, sans être conscients du sens des mots. Dans ce cas, leur pseudocompréhension repose sur une interprétation certes tacite, mais en grande partie incohérente des savoirs nouveaux.
Le développement de connaissances tacites en sciences est favorable à la compréhension
De la même manière, certains élèves peuvent manquer de certains types de connaissances tacites. Certaines formes de compréhension peuvent être tacites. L’expertise, dans un grand éventail de professions, a été liée à l’acquisition de connaissances tacites. Un cuisinier qui goûte son plat, un œnologue qui évalue un vin, un enseignant qui observe sa classe, ou un médecin qui examine son patient, tous exécutent des compétences qui ne sont pas totalement verbalisables. Le fait que les élèves aient été en contact et témoins par leur éducation familiale d’une grande variété de phénomènes naturels leur facilite l’accès à des savoirs scientifiques plus abstraits de nature connexe ou analogue.
Ainsi, le lien entre les connaissances tacites et une compréhension aboutie et fonctionnelle peut expliquer la frustration des enseignants. Elle se manifeste lorsqu’ils découvrent que le fait d’encourager l’acquisition d’informations supplémentaires ne corrige pas nécessairement les lacunes dans la compréhension préalable de leurs élèves.
À partir du moment où ces connaissances ne sont pas verbalisables, leur simple enseignement verbal ne suffit pas non plus. Il y a le besoin évident de montrer des expériences et des phénomènes dans un cours de sciences. Nous devons pouvoir faire ressentir d’une façon ou d’une autre une expérience scientifique, pour permettre une acquisition pleine des connaissances tacites.
Faire le lien avec les connaissances tacites peut parfois aider, c’est tout l’objectif du lien entre le concret et l’abstrait, entre le verbal et le visuel (ce qui est le cadre de la théorie du double codage). À d’autres moments, des connaissances tacites peuvent révéler des conceptions erronées, des heuristiques qui peuvent faire obstacle à l’apprentissage. Il faut alors les prendre en compte.
Les connaissances tacites qui correspondent à une compréhension intuitive sont difficiles à communiquer. Au moins une partie des connaissances des experts scientifiques est tacite et donc difficile à transférer hors contexte et directement aux élèves. Ils doivent en faire l’expérience eux-mêmes, idéalement guidés et accompagnés. C’est là toute l’importance des stages en milieu professionnel et des séances de laboratoire en science également.
Les connaissances tacites peuvent ainsi être cruciales pour la compréhension et donc le transfert de ces connaissances dans des contextes similaires.
Un cours de sciences décrit une réalité et des phénomènes extérieurs tangibles. Lorsqu’un élève mémorise les connaissances factuelles énumérées dans un programme d’études, il doit être capable de s’en souvenir et de faire le lien avec ses connaissances tacites. Si cette dimension n’est pas explorée, il est susceptible d’avoir des difficultés à transférer ses connaissances à des situations nouvelles et de ne pas avoir la capacité de faire des liens pertinents entre les différents concepts croisés.
Le passage de connaissances tacites de novices à celles d’experts en sciences
La différence entre les connaissances tacites des experts et celles des novices est difficile à décrire. Elle peut impliquer divers éléments. C’est par exemple la connaissance du type de contextes dans lesquels une approche particulière sera couronnée de succès, une signification des structures sous-jacentes, des situations ou des modèles kinesthésiques connexes de comportement de systèmes particuliers. Une pratique exigeante permet de les développer, sans quoi nous n’aurions pas d’experts.
Un bon enseignement des sciences devrait favoriser la prise de conscience par les élèves de la manière dont les connaissances tacites affectent leur pensée et les aider à acquérir des connaissances tacites spécialisées.
Les connaissances tacites sont elles-mêmes des objets d’expertise. Nous ne pouvons pas espérer que les élèves les acquièrent et les affinent comme le font les experts en adoptant une démarche de découverte et d’expérimentation scientifique.
Si nous prenons l’exemple de médecins expérimentés, ceux-ci semblent avoir développé presque un sixième sens. Celui-ci leur permet à la vision du malade et à la lecture de ses résultats d’analyse de distinguer ce qui est important de ce qui ne l’est pas. Ils ont développé une compréhension tacite du fonctionnement du corps, ils connaissent suffisamment bien le système corporel pour deviner avec ces indices ce qui est susceptible de se passer. Ces connaissances ne sont pas aisément réductibles à un ensemble de connaissances explicites.
L’intuition dans l’enseignement des sciences
L’intuition est un sentiment tacite qui influence la pensée avec peu d’effort conscient. Elle n’est pas un processus entièrement rationnel et explicite, notamment car elle est reliée à des connaissances tacites.
Comment expliquer que les élèves puissent acquérir des connaissances sur le monde physique, qu’ils ne sont pas capables d’exprimer en mots ?
- Ces connaissances seraient conservées sous des formes sensorielles qui échappent pour une part à la verbalisation, c’est la mémoire des mouvements, des images, des sons, des odeurs, des goûts, etc.
- L’hypothèse de la cognition incarnée suggère que la pensée est influencée par les caractéristiques du corps physique au-delà du cerveau.
- Les jeunes enfants commencent à comprendre le monde physique avant de développer le langage. Par conséquent, la base de certains types de connaissances, par exemple, la conscience de la façon dont les objets bougent ou la compréhension de quels types d’objets sont des agents d’influence sur d’autres, peuvent être de l’ordre du non verbal.
- Si ces premières intuitions peuvent être au départ de puissants moyens de comprendre le monde, elles peuvent aussi interférer avec l’acquisition ultérieure des principes formels et explicites de la connaissance scientifique. Nous parlons alors de préconceptions erronées ou de conceptions naïves. Elles doivent donc être prises en compte dans le cadre de l’enseignement.
- Ce type de connaissance non verbale a été modélisé comme des primitives phénoménologiques (ou p-prims) par Andrea di Sessa. Ces conceptions naïves seraient constituées d’un grand nombre de fragments qui représentent des abstractions simples des expériences quotidiennes. Ces primitives phénoménologiques codent un « sens du mécanisme » et ont un format visuel ou kinesthésique. Dans cette construction de la cognition, Andrea di Sessa soutient que les experts ne rejettent pas leurs p-prims initiaux, mais qu’ils s’intègrent plutôt dans leur compréhension plus développée.
- Les intuitions permettent d’effectuer des simulations mentales, fondées sur des données perceptuelles et des sensations motrices, pour comprendre une situation.
- Dans l’enseignement des sciences, l’utilisation d’analogies est fondamentale et dans les faits, elles relient des connaissances explicites à des connaissances tacites qui aident à y accéder. Ces expériences tacites proviennent de l’expérience du monde que se font les individus. Un exemple d’analogie est celui entre l’électricité et la circulation de l’eau dans une tuyauterie pour la notion d’intensité ou de tension. Une autre est celle d’une foule dans un couloir pour la notion de résistance et d’effet Joule. Mais l’utilisation des analogies n’est pas aisée non plus, car nombre d’entre elles présentent des limites qui peuvent de même conduire à des conceptions erronées.
- En conclusion, il existe un enchevêtrement inextricable entre la connaissance explicite et la connaissance tacite des concepts scientifiques, chez le novice comme chez l’expert.
- Les connaissances sont conservées sous forme de règles abstraites, d’heuristiques.
- Selon cette conception, nous apprenons à connaître le monde en élaborant des règles abstraites, qui peuvent s’appliquer à toute une gamme de situations, sans avoir conscience de l’existence de ces règles. Les heuristiques, comme les décrit Daniel Kahnemann, sont des routines rapides et inconscientes pour trouver des solutions aux problèmes.
- Quelques exemples :
- Nous avons tendance à supposer que les événements émotionnels, comme la chute d’un avion, sont plus susceptibles de se produire qu’en réalité. Cette stratégie est utile pour éviter les événements extrêmes, mais elle pourrait mener à une surestimation du risque dans certains contextes.
- Nous avons tendance à supposer que les situations impliquent toujours un agent causal, un objet et un instrument par lequel l’agent agit. Par exemple, un élève pourrait supposer qu’au plus il s’éloigne d’un château d’eau, au plus la pression dans un robinet diminue alors que le seul facteur en jeu est la différence de hauteur.
- Nous avons tendance également à penser que certains phénomènes se produisent parce qu’ils sont naturels, ou que des composés organiques naturels sont automatiquement plus sains que des composés organiques de synthèse.
Des stratégies pour soutenir l’intuition dans l’enseignement des sciences
Les connaissances tacites sont souvent perçues comme un obstacle à la pensée des novices, puisque leurs intuitions peuvent différer des modèles scientifiques acceptés.
Cependant, les intuitions d’experts peuvent être des outils puissants pour résoudre rapidement des problèmes.
La question est de savoir comment nous passons de l’intuition d’un novice à celle d’un expert.
Le principe clé est que les intuitions peuvent se développer par le biais d’interactions avec le monde physique.
Par conséquent, deux suggestions plausibles pour étayer les connaissances intuitives des élèves sont la participation à des travaux pratiques appropriés et l’utilisation de simulations informatiques.
Confrontation à des expériences
Il s’agit des cas de figure où l’enseignant réalise une expérience devant les élèves, où ceux-ci réalisent une visite extérieure en contexte ou lors de travaux pratiques en laboratoire.
L’idée est de donner l’opportunité à l’élève de se créer des connaissances des phénomènes qui sont stockées sous forme non verbalisables. Elles viendront s’associer aux connaissances scientifiques verbalisables et plus abstraites.
Il est possible que le travail pratique puisse développer ce genre de connaissances qui ne s’expriment pas en mots. Cependant, il y a deux risques :
- Le premier risque est que l’essentiel du temps passé en laboratoire soit détourné. Il peut être consacré à des démarches organisationnelles et pratiques, à des manipulations de matériel et à du traitement de données mesurées, que la partie expérimentale soit réduite à une portion congrue.
- Le second risque est que les idées intuitives des étudiants aient tendance à altérer leur perception de ce qu’ils ont observé pour correspondre à leurs idées préconçues, renforçant les intuitions existantes plutôt que de provoquer des changements.
Par contre lors du modelage, la démonstration d’expériences par l’enseignant est particulièrement pertinente pour illustrer et faire la jonction immédiate entre connaissance tacite et connaissance explicite.
Simulations informatiques et supports audiovisuels
L’utilisation de simulations informatiques ou de supports audiovisuels adéquats et précis permet de générer des connaissances tacites. Ce genre d’outil permet à l’enseignant de mieux contrôler la nature des événements observés par les élèves.
Les expériences avec des mondes simulés ou à travers un écran ne sont, en principe, pas radicalement différentes de l’engagement avec le monde physique. Elles peuvent donc être utilisées en complément de la réalisation d’expériences, pour développer les intuitions des élèves. Le principe est qu’elles demandent moins de temps de préparation à l’enseignant. Il est donc susceptible d’en utiliser plus souvent et en nombre plus important.
Le développement de l’intuition ne se suffit pas en tant que tel, il est plutôt probable que la compréhension par les élèves du contenu explicite et de la nature tacite des sciences se développe conjointement.
De même, un exposé purement explicite du contenu des sciences sans mise en évidence de leur nature tacite est également contreproductif. Si un grand nombre d’élèves considèrent les sciences scolaires comme un exercice d’acquisition de faits, ils peuvent ne pas être sensibles au rôle des connaissances et processus tacites dans leur apprentissage. Ceci peut limiter leur compréhension et leurs capacités de transfert d’un contexte à l’autre.
Il peut être utile de présenter aux élèves le modèle de pensée à deux systèmes de Daniel Kahneman ou de Metcalfe et Mischel (voir article). Ces modèles proposent d’utiliser de façon consciente à la fois un système de pensée rapide, mais tacite et un système de pensée délibéré et explicite, et encourager la réflexion sur le moment où chaque processus est utilisé.
Une telle discussion ne devrait pas définir un système comme supérieur à l’autre, mais encourager la réflexion sur la nature et les limites des deux processus :
- Ernest Rutherford est un physicien responsable de multiples découvertes. Il s’agit de la demi-vie, les rayonnements alpha, les rayonnements bêta, la désintégration des éléments chimiques ou de l’existence et de la structure d’un noyau atomique. James Watson a établi la structure de l’ADN avec Francis Crick. Ils rapportent comment leurs intuitions les ont amenés à faire des découvertes.
- Isaac Newton a posé les bases de la mécanique classique. Nous lui devons également la théorie de la gravitation universelle, la théorie de la couleur, ou l’invention du télescope, de même que la création, en concurrence avec Leibniz, du calcul infinitésimal. Erwin Schrödinger a établi l’équation d’évolution de la fonction d’onde associée à l’état d’une particule. Ses travaux ont permis le développement du formalisme théorique de la mécanique quantique. Tous deux rapportent avoir dû surmonter leurs intuitions initiales pour développer de nouvelles théories.
La perspicacité dans l’enseignement des sciences
La perspicacité est une conscience explicite des relations nouvelles entre les concepts qui arrive avec une soudaineté apparente et peu de conscience de la transformation qui a eu lieu.
L’élément tacite lié à la perspicacité est que les processus menant à la compréhension sont obscurs, bien que les connaissances qui en résultent soient consciemment disponibles.
Dans un raisonnement délibéré, un apprenant peut consciemment relier des concepts, surmonter des contradictions et clarifier des relations avant de parvenir à une compréhension cohérente.
Dans le cas de la perspicacité, le traitement se fait sans conscience et la compréhension finale, qui est explicite, semble arriver sans effort délibéré. Les moments où les enseignants provoquent des éclaircissements soudains sur la compréhension ont été décrits comme l’une des expériences les plus enrichissantes de l’enseignement des sciences.
Dans les deux cas, nous aboutissons à un changement conceptuel. Or l’enseignement des sciences avec la multitude de concepts et de modèles qu’il contient multiplie les changements conceptuels de façon soutenue.
Le changement conceptuel est généralement considéré comme un processus graduel et les changements soudains dans la compréhension sont considérés comme des événements rares.
Néanmoins, il existe un certain nombre de modèles de changement conceptuel qui permettent le type de changement discontinu que l’on peut observer dans un moment d’introspection. Par exemple, dans le modèle de Michelene T. H. Chi du changement conceptuel, une revendication particulière est faite sur les différences entre les concepts naïfs et scientifiques :
- De nombreux concepts naïfs sont attribués à tort à la catégorie générale (ontologique) de la substance matérielle plutôt qu’à la catégorie ontologique des processus (fondés sur les contraintes).
- Le changement conceptuel, de ce point de vue, implique la construction de la nouvelle catégorie ontologique des processus basés sur les contraintes et la réaffectation du concept à cette catégorie correcte.
Par exemple, un élève peut ressentir un moment d’introspection lorsqu’il reclasse le phénomène de combustion. Il passe d’une association initiale avec des objets physiques à une compréhension abstraite de ce processus sous forme d’une réaction chimique répondant à toute une série de critères physico-chimiques.
Les humains ont tendance à résister aux changements de compréhension qu’ils ont mis des efforts à développer. La capacité de passer d’une conceptualisation initiale à une compréhension novatrice d’un problème peut sous-tendre certains moments de compréhension.
Des stratégies pour soutenir la perspicacité dans l’enseignement des sciences
Par exemple, les élèves pourraient être encouragés à résoudre des problèmes en sciences en envisageant des approches avant tout centrées sur des processus. Ceux-ci correspondent aux notions de forces, de travail, de puissance, de rendement, d’équilibre, conservation de l’énergie, de la matière. De cette manière, ils évitent de se centrer sur la nature des objets mobilisés.
Il ne faut pas s’attendre à ce que des moments de réflexion se produisent fréquemment dans les cours de sciences. Cependant, des moments de perspicacité qui induisent un changement conceptuel sont précieux et doivent être pris en compte.
Après une période d’engagement conscient et infructueux dans une tâche, il est rapporté que l’intuition peut se produire pendant l’engagement dans une tâche sans rapport. L’intervalle de travail sur une activité différente est appelé période d’incubation.
Si la consolidation des apprentissages nécessite une distribution dans le temps, nous voyons que la compréhension et la mise en place de schémas cognitifs adéquats en profitent également. Le processus de traitement et d’organisations des connaissances peut se poursuivre en dehors de leurs temps de mobilisation directe.
Tout ceci plaide aussi pour un enseignement qui part du simple vers le complexe, prend le temps de guider les élèves, distribue la pratique et multiplie ainsi ces occasions pour les élèves de rencontrer des moments de perspicacité.
Il est utile de laisser suffisamment de temps aux élèves pour s’engager dans la résolution de problèmes adaptés à leur niveau, lors de la pratique guidée et autonome. De même, ils doivent avoir l’occasion de réfléchir à des réponses à des questions en classe. Cela peut permettre à leur traitement tacite d’atteindre un résultat conscient.
Il importe également de privilégier des exercices et des problèmes qui nécessitent un changement dans la représentation pour être résolus. Ceux-ci sont décrits comme étant des problèmes de compréhension.
Il s’agit donc d’éviter des problèmes et des exercices qui se limitent à un rappel de connaissances factuelles ou à l’application d’un ensemble de routines à la résolution d’un problème. De tels exercices sont importants, mais ils peuvent être bénéfiques pour les élèves s’ils ont l’occasion de résoudre des problèmes de compréhension qui vont leur demander d’élaborer (voir article).
Les problèmes de compréhension peuvent aider les élèves à comprendre que la résolution de problèmes en sciences ne consiste pas seulement à suivre une série d’étapes prédéterminées. De même, les émotions positives associées à une solution réussie peuvent être source de motivation ultérieure.
Les élèves ne construisent pas leurs apprentissages en sciences de manière autonome et par découverte
L’enjeu de l’apprentissage des sciences n’est pas que ceux-ci créent ou construisent leurs propres apprentissages accompagnés par leurs enseignants dans le cadre de situations d’apprentissage authentiques et complexes.
L’enjeu de l’apprentissage des sciences est que les élèves soient capables de comprendre des connaissances, de les consolider et de les intégrer dans des schémas cognitifs fonctionnels qui permettent une association entre connaissances verbales, procédurales et tacites.
Les connaissances et l’expérience que les experts ont accumulées leur permettent de réfléchir différemment. L’enseignant a un statut d’expert sur la matière qu’il enseigne. Il ne peut espérer que ses élèves arrivent à penser comme sur celle-ci.
Il y a une différence fondamentale entre la compréhension de connaissances et la création de connaissances. Les scientifiques créent, élaborent, émettent des hypothèses, testent des théories sur des phénomènes naturels. Dans un champ voisin, des mathématiciens créent des preuves et des démonstrations pour résoudre des problèmes complexes.
La compréhension de connaissances est un objectif moins ambitieux, mais plus réaliste pour les élèves. Un élève n’est pas capable d’élaborer une théorie scientifique, de poser des hypothèses ou de tirer des conclusions face à des résultats d’expériences scientifiques.
Un élève est toutefois capable de comprendre en profondeur une théorie qui existe déjà. Tout cela n’exclut pas le fait que les élèves doivent comprendre comment la science fonctionne et progresse, même s’ils n’ont pas encore développé les capacités d’utiliser ce procédé.
À partir du moment où les élèves comprennent les étapes d’une démarche scientifique, ils en développent une compréhension. Ils la voient comme une méthode de modélisation ouverte à des redéfinitions ou des affinements ultérieurs de théories précédemment établies. C’est aussi leur faire comprendre que la science ne correspond pas à des découvertes qui viennent de nulle part, à des lois écrites dans le marbre et irréfutables.
Il est important que les élèves saisissent comment des scientifiques peuvent créer des connaissances, mais il est illusoire d’espérer leur faire emprunter le même chemin dans leurs apprentissages.
Richard Brock, Tacit knowledge in science education: The role of intuition and insight in teaching and learning science, in Science Education, p 133–142, Brill Sense, 2017
Daniel T. Willingham, Pourquoi les enfants n’aiment pas l’école !, La Libraire des écoles, 2010
Heuristique de jugement. (2019, juillet 7). Wikipédia, l’encyclopédie libre. Page consultée le 15:41, juillet 7, 2019 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Heuristique_de_jugement&oldid=160719700.
Mis à jour le 03/09/2023
Bibliographie
Richard Brock, Tacit knowledge in science education: The role of intuition and insight in teaching and learning science, in Science Education, p 133–142, Brill Sense, 2017
Daniel T. Willingham, Pourquoi les enfants n’aiment pas l’école !, La Libraire des écoles, 2010
Heuristique de jugement. (2019, juillet 7). Wikipédia, l’encyclopédie libre. Page consultée le 15:41, juillet 7, 2019 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Heuristique_de_jugement&oldid=160719700.
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