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PROBLEME
SITUATIONPROBLEME
« Un savoir ne se réduit jamais à
l’établissement d’un énoncé, destiné
à être mémorisé puis appliqué, même
quand il s’accompagne
d’observations et de manipulations.
Il est d’abord le fruit de la résolution
d’un problème délimité dont il
constitue une réponse adaptée, et il
présente pour cela, au début, un
caractère ponctuel. »
Jean-Pierre Astolfi, Brigitte Peterfalvi,
Anne Vérin
le problème est le critère
de l’apprentissage
(ENSEIGNEMENT
APPROPRIATIF)
pédagogie de la
situation-problème
?
PROBLEME
le problème est le moyen
de l’apprentissage
pédagogie
de la réponse
(ENSEIGNEMENT
NORMATIF)
(ENSEIGNEMENT
INCITATIF)
pédagogie
du problème
le problème est le mobile
de l’apprentissage
Ils ont
écrit…
Il ne s’agit plus d’examiner ce qui fait question pour y
apporter une réponse, mais de se formuler un problème à
soi-même, en vue d’y chercher une solution. Cette solution
n’est pas d’ordre matériel et concret (une difficulté
résolue) mais d’ordre intellectuel (une sorte d’énigme
élucidée). Si la solution d’un problème pragmatique
conduit à la recherche de conditions maximum pour que
« ça marche », la réponse au problème scientifique identifie
l’action d’un facteur minimum (ou d’un petit nombre de
facteurs) qui explique les observations, qui me fait dire
« eurêka » : « j’ai compris ». Au premier cas correspond
une diversité de recettes et de techniques qui changent
pour chaque situation, au second le repérage d’un
invariant, qu’on retrouvera inchangé dans un grand
nombre d’exemples et qui fournira une explication
générale.
Jean-Pierre Astolfi, Brigitte Peterfalvi, Anne Vérin
Avant tout, il faut savoir poser des problèmes. Les
problèmes ne se posent pas d’eux-mêmes. C’est
précisément ce sens du problème qui donne la marque du
véritable esprit scientifique.
Gaston Bachelard
Un problème appelle une investigation impliquant
des observations et / ou des expérimentations qui
conduiront au dégagement d’invariants.
Si questions et problèmes impliquent tous les deux
un questionnement et une réponse différée, seul le
problème exige une démarche d’investigation et de
construction.
Parmi les problèmes, on distingue les problèmes
existentiels ou empiriques qui débouchent sur des
éléments de réponse spécifiques à la situation vécue
et non généralisables et les problèmes scientifiques
ou spéculatifs qui conduisent à des énoncés
généralisables qui traduisent des relations.
P
R
 RESOLUTION
O
ALGORITHMIQUE
mise en œuvre d’une
succession ordonnée
d’opérations
(procédures)
mentalement
disponibles
B
L
E
M
E

RESOLUTION
HEURISTIQUE
élaboration de
stratégies originales
LA RESOLUTION DU PROBLEME
 Conduire les élèves à élaborer et à expliciter une
représentation du problème.
 Émettre des hypothèses fondées à propos des facteurs qui
peuvent intervenir sur ce que l’on cherche et de la façon dont
ils vont jouer.
 Élaborer et expliciter des chemins de résolution.
 Réaliser complètement un chemin de résolution, en
expliquant ce qui est fait.
 Analyser les résultats à la lumière des hypothèses.
 Envisager des prolongements possibles.
LA RESOLUTION DU PROBLEME
 Conduire les élèves à élaborer et à expliciter une
représentation
du problème. ALGORITHMIQUE
RESOLUTION
 Émettre des hypothèses fondées à propos des facteurs qui
peuvent intervenir sur ce que l’on cherche et de la façon dont
ils vont jouer.
 Élaborer et expliciter des chemins de résolution.
 Réaliser complètement un chemin de résolution, en
RESOLUTION HEURISTIQUE
expliquant ce qui est fait.
 Analyser les résultats à la lumière des hypothèses.
 Envisager des prolongements possibles.
Dans l’enseignement des Sciences de la Vie et de la
Terre, la démarche pédagogique actuellement en usage, tant
au Collège qu’au Lycée, est une démarche problématique et
explicative.
Elle nécessite de placer l’élève en activité d’investigation pour
lui permettre de s’approprier plus efficacement les
connaissances visées, par l’exercice de compétences variées.
Ce type de démarche impose au professeur :
 de mettre en place une séquence d’installation du ou des
problèmes,
 de prévoir les activités qui vont permettre de les
résoudre,
 de mettre en forme les productions réalisées pour
dégager le savoir visé.
Comment passer d’un
formalisme didactique, à
la construction de
questions ou de
problèmes scientifiques
réellement productifs?
LA FABRICATION
PEDAGOGIQUE D’UN
PROBLEME SCIENTIFIQUE
PROBLEMATISATION
INITIATION
Émergence et formulation du problème
Repérage du ou des éléments que l’on ne sait
pas expliquer par les seules connaissances ou
par les faits
Prise en compte des
prérequis
Mobilisation des
connaissances sur le
sujet envisagé (acquis
et représentations)
SUJET A TRAITER
but à atteindre : connaissances visées et
méthodes à mettre en place pour les faire
acquérir
LA FABRICATION
PEDAGOGIQUE D’UN
PROBLEME SCIENTIFIQUE
PAR LA PRISE EN COMPTE
DES PREREQUIS
UN PREMIER EXEMPLE
L’activité interne du globe - 4ème
CONNAISSANCES
La répartition des séismes et des manifestations
volcaniques permet de délimiter des plaques
Les variations de la vitesse des ondes sismiques en
profondeur permettent de distinguer la lithosphère
de l’asthénosphère.
La partie externe de la Terre est formée de plaques
lithosphériques rigides reposant sur
l’asthénosphère qui l’est moins.
Les plaques sont animées de mouvements qui
transforment la lithosphère (formation de chaînes
de montagnes, déplacement des continents,
ouverture et fermeture des océans).
À raison de quelques centimètres par an, les
plaques se forment et s’écartent à l’axe des
dorsales. Elle se rapprochent et s’enfouissent au
niveau des fosses océaniques.
L’affrontement des plaques engendre des
déformations de la lithosphère et aboutit à la
formation des chaînes de montagnes.
COMPETENCES
Décrire les transformations de la
lithosphère afin de construire les
bases de la connaissance sur la
tectonique globale
La partie externe de la Terre est formée de plaques animées
d’un mouvement permanent.
Croûte
rigide
Base de la
lithosphère
moins rigide
LITHOSPHERE
70 Km sous les
océans
150 Km sous les
continents
ASTHENOSPHERE
CONTENUS – NOTIONS
Les séismes correspondent à des vibrations
brutales du sous-sol qui se propagent. Ils
résultent d’une rupture brutale des roches en
profondeur et se manifestent par des
déformations à la surface de la Terre.
Des contraintes s’exerçant en permanence sur
les roches conduisent à une accumulation
d’énergie qui finit par provoquer leur rupture
au niveau d’une faille :
- le foyer du séisme est le lieu où se produit la
rupture;
- à partir du foyer, la déformation se propage
sous forme d’ondes sismiques enregistrables.
COMPETENCES
Rechercher l’origine des séismes
 Les séismes se produisent au sein de la
lithosphère rigide entre 70 et 150 Km de
profondeur.
Comment se fait-il que dans
certaines zones, les épicentres des
séismes dépassent 150 Km de
profondeur ?
UN DEUXIEME EXEMPLE
Diversité et unité des êtres humains - 3ème
CONNAISSANCES
Les cellules de l’organisme, à l’exception des
gamètes, possèdent la même information
génétique que la cellule-œuf dont elles
proviennent par divisions successives.
La division d’une cellule :
-est préparée par la duplication de chacun de
ses 46 chromosomes
- se caractérise par la séparation des
chromosomes obtenus, chacune des deux
cellules formées recevant 23 paires de
chromosomes identiques à ceux des cellules
initiales.
COMPETENCES
Expliquer la transmission de
l’information génétique
3ème
23 paires de chromosomes
dont 1 paire
de chromosomes sexuels
- CARYOTYPE -
cellule-œuf
divisions
cellulaires
23 paires de
chromosomes
: 44 + XX
: 44 + XY
23 paires de
chromosomes
: 44 + XX
: 44 + XY
Comment les cellules conserventelles leur caryotype au cours des
divisions cellulaires ?
LA FABRICATION
PEDAGOGIQUE D’UN
PROBLEME SCIENTIFIQUE
PAR LA PRISE EN COMPTE
DES REPRESENTATIONS
UN PREMIER EXEMPLE
Le fonctionnement du corps humain et la santé –
cycle des approfondissements à l’école Primaire
Les mouvements corporels (les muscles, les os du
squelette, les articulations).
Première approche des fonctions de nutrition : digestion,
respiration et circulation sanguine.
Reproduction de l’Homme et éducation à la sexualité.
Hygiène et santé : actions bénéfiques ou nocives de nos
comportements, notamment dans le domaine du sport, de
l’alimentation, du sommeil.
Séance d’installation
du ou des problèmes
à résoudre
Objectif : faire exprimer les
conceptions des élèves et
dégager un ou plusieurs
problèmes
Phase 1 : durée 10 mn
Modalités du travail : travail individuel
Matériel : une silhouette de membre antérieur
Consigne: Vous prenez votre règle posée sur le bord extérieur de
votre bureau; en utilisant la silhouette distribuée, représentez
comment vous imaginez l’intérieur de votre membre antérieur
lorsque vous effectuez le mouvement demandé.
Phase 2 : durée 15 mn
Modalités du travail : travail coopératif
Matériel : la silhouette de membre antérieur renseignée par chaque
élève
Consigne: Comparez vos productions, discutez-les et consignez
dans un tableau leurs ressemblances et leurs différences.
Phase 3 : durée 5 mn
Modalités du travail : travail collectif
Matériel : la silhouette de membre antérieur renseignée par chaque
élève
Consigne: Faites une présentation rapide des ressemblances et des
différences observées.
Phase 4 : durée 15 mn
Modalités du travail : travail collectif
Matériel :
- la silhouette de membre antérieur renseignée par chaque élève
- les tableaux des ressemblances et différences
EMERGENGE DES QUESTIONS
Combien le membre antérieur
contient-il d’os?
Comment sont-ils disposés?
Comment peuvent-ils se plier?
UN DEUXIEME EXEMPLE
La transmission de la vie chez l’Homme – 4ème
CONNAISSANCES
L’être humain devient apte à se reproduire à la puberté.
Durant la puberté, les caractères sexuels secondaires apparaissent, les organes génitaux du
garçon et de la fille deviennent fonctionnels.
À partir de la puberté, le fonctionnement des organes reproducteurs est continu chez l’homme,
cyclique chez la femme jusqu’à la ménopause.
Les testicules produisent des spermatozoïdes, de façon continue.
À chaque cycle (de 28 jours en moyenne), un des ovaires libère un ovule.
A chaque cycle, la couche superficielle de la paroi de l’utérus s’épaissit puis est éliminée : c’est
l’origine des règles.
L’embryon humain résulte de la fécondation, puis de divisions de la cellule œuf qui se
produisent dans les heures suivant un rapport sexuel.
Lors du rapport sexuel, les spermatozoïdes sont déposés au niveau du vagin. La fécondation a
lieu dans les trompes : elle est interne.
L’embryon s’implante, la couche superficielle de la paroi utérine n’est pas éliminée : les règles
ne se produisent pas, c’est un des premiers signes de la grossesse.
Des échanges entre l’organisme maternel et le fœtus permettant d’assurer ses besoins sont
réalisés au niveau du placenta : il représente une grande surface richement vascularisée.
Lors de l’accouchement des contractions utérines permettent la naissance de l’enfant.
Séance d’installation
du ou des problèmes
à résoudre
Objectif : faire exprimer les
conceptions des élèves et
dégager un ou plusieurs
problèmes
Phase 1 : durée 20 mn
Modalités du travail : travail individuel
Matériel : deux silhouettes de femme, notées A et B
Consigne: Vous savez tous que le bébé à naître grandit dans le
ventre de sa maman. Dans la silhouette A, représentez comment il
s’alimente et dans la silhouette B comment il respire.
S’ALIMENTER
RESPIRER
Phase 2 : durée 10 mn
Modalités du travail : travail collectif
Matériel : vidéogramme : dessin animé de l’accouchement (rupture
de la poche des eaux, naissance et section du cordon ombilical,
expulsion du placenta avec l’autre extrémité du cordon ombilical)
Consigne: Quelles informations nous apporte le vidéogramme sur
le lieu où grandit le futur bébé et sur la présence supposée par
beaucoup d’entre vous de tubes alimentaires et nutritifs?
Si ces tubes alimentaires et
respiratoires n’existent pas,
alors comment s’effectue la
croissance du fœtus dans
l’utérus de sa mère?
Phase 3 : durée 5 mn
Modalités du travail : travail individuel
Matériel :
Consigne: Quelles hypothèses pouvez-vous formulez pour
expliquer la croissance du fœtus dans l’utérus de la mère sans qu’il
soit relié aux organes alimentaires et respiratoires de la mère?
Phase 4 : durée 5 mn
Modalités du travail : travail coopératif
Matériel : textes explicatifs produits
Consigne: Confrontez vos productions. Discutez-les et rédigez-en
une commune à l’ensemble du groupe.
Une grille d’analyse des
représentations
Dans quel contexte
s’exprime la
représentation?
Quelle est l’origine
possible de la
représentation?
RECONSTITUTION
DE LA
REPRESENTATION
Quel champ
conceptuel
concerne-t-elle?
Comment
fonctionne-t-elle?
LES TYPES DE QUESTIONS
DANS L’ENSEIGNEMENT
DES SCIENCES DE LA VIE
ET DE LA TERRE
Comment ?
La question « comment » conduit à
s’interroger sur la manière dont
s’effectue le phénomène ou le
mécanisme étudié et sur les moyens
mis en œuvre pour le réaliser.
Il peut amener à rechercher une
explication causale.
Comment notre système immunitaire peut-il
fabriquer des anticorps capables de se lier
spécifiquement à des molécules antigéniques
qu’ils n’ont jamais rencontrées?
Comment un récepteur sensoriel code-t-il un
stimulus de l’environnement?
Comment les messages nerveux sont-ils transmis
au niveau des synapses?
Comment la digestion assure-t-elle la
transformation des aliments en nutriments?
Comment l’organisme maintient-il sa glycémie?
Comment est formée la croûte océanique au
niveau des dorsales?
Il peut aussi impliquer la mise au
point d’une méthodologie pour
interroger le réel.
Comment peut-on reconstituer la
chronologie des événements géologiques qui
se sont succédé dans une région?
Comment déterminer la parenté entre les
êtres vivants?
Comment évalue-t-on le risque génétique?
Il peut aussi correspondre à la
description d’un objet biologique ou
géologique (fait) s’intégrant à une
explication.
Comment se déroule la division cellulaire?
Comment fonctionne une articulation?
Comment se met en place la morphologie
d’un végétal?
Comment se met en place le plan
d’organisation d’un animal au cours de
l’embryogenèse?
Comment sont disposés les gènes
homéotiques?
Il peut enfin faire appel à une
technique pour décrypter le réel.
Comment peut-on déterminer la structure interne
du globe terrestre?
Comment peut-on localiser l’activité cérébrale?
Comment peut-on mesurer un courant traversant
un canal ionique?
Comment peut-on mesurer les dépenses
énergétiques d’un organisme?
Comment déterminer le régime alimentaire d’un
animal?
Comment peut-on localiser une substance à
l’intérieur d’une cellule?
Quoi ?
La question « quoi » se rapporte aux
données d’observation, à la collection
de faits qui serviront à fonder des
hypothèses. Elle concerne les
phénomènes et s’appuie donc sur un
travail descriptif, étape nécessaire à
toute tentative d’explication et
d’interprétation du réel étudié.
Quelles sont les composantes de l’environnement?
Quels sont les constituants de l’ADN?
Quels sont les signes observables sur les planètes qui
traduisent la présence d’une activité interne?
Quelles sont les substances produites au cours de la
synthèse chlorophyllienne?
Quelles sont les caractéristiques de la catalyse
enzymatique?
Quelles sont les étapes de l’embryogenèse?
Qu’est-ce que l’effet de serre?
Quelle est la composition d’une péridotite?
Que deviennent les produits d’altération des roches?
Pourquoi ?
La question « pourquoi » renvoie aux
facteurs historiques et évolutifs qui
rendent compte des adaptations et de
la diversité organique.
Pourquoi l’Archaeopteryx est-il considéré comme un
témoin de l’évolution des Oiseaux?
Pourquoi à la limite Crétacé-Paléocène, les fougères sontelles considérées comme un groupe opportuniste?
Pourquoi une crise biologique est-elle suivie d’une
importante phase de diversification du monde vivant?
Pourquoi peut-on parler de preuves embryologiques de
l’Évolution?
Pourquoi l’évolution du Vivant est-elle accompagnée de sa
complexification?
Pourquoi peut-on considérer que la bipédie fut peut-être
la première différence entre les singes et l’Homme?