L’enseignement des sciences fondé sur l’investigation (ESFI) est depuis quelque temps largement préconisé par les principaux organismes internationaux en raison de son potentiel, non seulement pour élever le niveau des connaissances et de la compréhension scientifiques des élèves, mais aussi pour les aider à développer les compétences et les attitudes nécessaires à la vie au XXIe siècle. Cependant, en dépit d’un soutien bien argumenté et de son adoption dans de nombreux pays, les preuves convaincantes de l’impact positif de l’ESF semblent manquer. En effet, son efficacité a été remise en question par les résultats largement diffusés de l’investigation 2015 du Programme international pour le suivi des acquis des élèves (PISA) auprès des jeunes de 15 ans (OCDE, 2016). Le présent travail a pour objectif de rassembler les données de recherche actuellement disponibles et les arguments raisonnés en faveur de l’adoption d’une pédagogie fondée sur l’investigation dans l’enseignement des sciences, et d’identifier les facteurs susceptibles de favoriser ou d’entraver la mise en œuvre de l’ESFI. Il examine les avantages pour les élèves en tant qu’individus et pour la communauté dont ils sont membres - en particulier pour les sociétés qui ont besoin de plus de scientifiques, d’ingénieurs et de technologues - et en tire les conséquences pour la politique et la pratique de l’enseignement des sciences. La section 1 concerne la signification de l’investigation, véhiculée dans les documents nationaux et internationaux, où l’on trouve une abondance de titres utilisés pour différents programmes basés sur l’investigation (“apprentissage par la pratique”, “apprentissage par la découverte”, “apprentissage pratique”, etc.). La combinaison des connaissances et des compétences, qui est une caractéristique essentielle du processus d’apprentissage par la recherche, est illustrée à l’aide d’un modèle d’apprentissage par la recherche. Celui-ci représente visuellement la manière dont l’utilisation des compétences de recherche scientifique (prédire, émettre des hypothèses, collecter et interpréter des données, tirer des conclusions) conduit au développement de la connaissance et de la compréhension scientifiques. La section 2 vise également à clarifier le concept d’ESFI, mais va au-delà du langage formel utilisé dans les définitions de l’investigation en tant que stratégie pédagogique générique. Des exemples de recherche, l’un provenant d’une classe d’école secondaire et l’autre d’une classe d’école primaire, sont utilisés pour décrire ce qui se passe dans les classes, en termes de ce que font les élèves et les enseignants et de ce que les élèves apprennent, lorsque l’ESFI est en action. Il va sans dire que ces exemples ne doivent être considérés que comme une indication de la manière dont certains aspects de l’ESFI peuvent être mis en pratique. Ils ne représentent certainement pas la complexité de l’ESFI, qui se manifestera toujours de différentes manières et avec différentes contributions de l’enseignant, résumées dans la liste des activités des enseignants et des élèves aux sections 2.2 et 2.4. Les deux premières parties de la section 3 examinent les arguments en faveur d’une pédagogie fondée sur l’investigation et jouant un rôle clé dans l’enseignement des sciences. Les objectifs de l’apprentissage des sciences sont exprimés en termes de développement de la culture scientifique - une capacité générale à s’engager avec confiance dans les aspects scientifiques du monde, par exemple pour prendre des décisions concernant l’alimentation, l’exercice physique, l’utilisation de l’énergie et la protection de l’environnement. Les connaissances scientifiques que cela implique vont au-delà de la familiarité avec les faits et principes scientifiques. La compréhension scientifique englobe également la connaissance des compétences et des procédures par lesquelles la connaissance du contenu est construite à partir de preuves (connaissance procédurale) et la connaissance de la nature et du développement de la connaissance scientifique, y compris la compréhension du fait que les idées et les explications peuvent devoir être révisées à la lumière de nouvelles preuves (connaissance épistémique). Alors que la connaissance du contenu peut être apprise par transmission directe, ce qui est nécessaire pour développer la connaissance des procédures et de la nature de la science est fourni par l’expérience et la réflexion sur les expériences basées sur l’investigation. La section 3 traite également de la manière dont le bénéfice de la culture scientifique peut être mis à la disposition de tous les élèves par le biais de leur enseignement scientifique, qu’ils continuent ou non à étudier les sciences au-delà de l’école. Un “ programme d’études pour tous “ pourrait inciter davantage d’élèves à poursuivre leurs études scientifiques au-delà de l’école. Cela contribuerait à atténuer les inquiétudes, tant dans les pays développés que dans les pays en développement, selon lesquelles trop peu de jeunes, en particulier les filles, choisissent de faire carrière dans les disciplines scientifiques, technologiques, techniques et mathématiques (STEM). La section 4 aborde la question la plus souvent posée à l’ESFI et, en fait, à d’autres approches pédagogiques, à savoir si elle “fonctionne”, c’est-à-dire si elle entraîne une amélioration de l’apprentissage des élèves. Les réponses à cette question s’appuient sur les résultats de la recherche empirique sur l’impact de l’ESFI sur l’apprentissage des élèves, sur des arguments fondés sur la compréhension actuelle de la manière dont l’apprentissage se déroule et sur ce que les études sur le cerveau (neurosciences) ajoutent aux raisons d’apprendre par la recherche. La première partie de cette section 4 décrit les procédures et les résultats de neuf études de recherche, de conception et d’orientation différentes, qui rendent compte de l’impact de l’ESFI sur l’apprentissage des élèves. Dans la plupart des cas, les résultats ne sont pas concluants, les changements dans l’apprentissage attribuables à l’ESFI étant faibles et sujets à des erreurs de mesure considérables. Compte tenu de l’impact des résultats des investigations PISA sur la politique de l’éducation, une attention particulière est accordée aux résultats de l’investigation PISA 2015, dont les conclusions constituent un défi pour les défenseurs de l’enseignement basé sur l’investigation. Les données d’un questionnaire destiné aux étudiants, administré dans le cadre de l’investigation PISA 2015, ont été utilisées pour déterminer l’étendue de l’expérience des étudiants en matière de diverses approches pédagogiques. Les corrélations entre les scores aux tests PISA et l’expérience des élèves en matière de pédagogie d’investigation ou dirigée par l’enseignant ont abouti à une relation négative entre les scores des élèves aux tests PISA et la fréquence de l’expérience de l’enseignement fondé sur l’investigation, et à une relation positive avec l’enseignement dirigé par l’enseignant. Les résultats doivent être interprétés de manière critique, en tenant compte du fait que les informations sur l’enseignement ne concernent que la quantité, et non la qualité, de l’enseignement fondé sur l’investigation et qu’elles ont été fournies par des élèves qui ont probablement compris les questions de différentes manières. PISA n’a pas été mis en place pour comparer les pratiques pédagogiques et les preuves par corrélations n’établissent pas de relations de cause à effet. Ces résultats laissent de nombreuses questions sans réponse, ce qui souligne la nécessité de mener des recherches plus nombreuses et mieux conçues pour y répondre. Après les études empiriques de la première partie de la section 4, la seconde partie se tourne vers les arguments de deux autres domaines de recherche qui améliorent notre compréhension de l’apprentissage et ont des implications pour l’apprentissage basé sur l’investigation : la théorie de l’apprentissage et les neurosciences. Le développement de la compréhension par investigation s’accorde avec une vision de l’apprentissage comme un processus dans lequel les apprenants donnent un sens à une nouvelle expérience en utilisant leurs idées existantes, c’est-à-dire une vision constructiviste de l’apprentissage. Mais les conceptions actuelles de l’apprentissage vont plus loin, en reconnaissant que l’apprentissage n’est pas seulement une affaire individuelle, mais qu’il implique une interaction sociale avec d’autres personnes dans laquelle la compréhension se développe d’une manière décrite comme socio-constructiviste. Cette vision du processus d’apprentissage sous-entend la valeur de la discussion, du dialogue et de l’argumentation autour des preuves qui font partie intégrante de l’apprentissage par la recherche. Les connaissances croissantes sur la structure et le fonctionnement du cerveau et sur les liens entre ce qui se passe à l’intérieur du cerveau et la réponse aux événements extérieurs sont particulièrement intéressantes pour améliorer l’enseignement et l’apprentissage. Les études sur le rôle de la mémoire dans l’apprentissage revêtent une importance particulière pour l’enseignement fondé sur l’investigation et la prévention de la “surcharge cognitive” lorsqu’il y a beaucoup de choses à faire, comme dans des tâches telles que la planification et la réalisation d’investigations. La charge peut être réduite en fournissant une aide pour certains aspects du processus d’investigation, comme dans diverses formes d’”investigation guidée”. Les études de la section 4 mettent en lumière plusieurs facteurs, regroupés dans la section 5, qui ont pour effet de limiter, voire d’empêcher, la mise en œuvre de l’ESFI. Certains de ces facteurs sont liés à la manière dont l’apprentissage basé sur l’investigation est décrit et interprété dans la pratique ; d’autres sont des circonstances préexistantes qui vont à l’encontre de ce qui est nécessaire pour soutenir l’ESFI, notamment un programme scolaire surchargé qui encourage les enseignants à se précipiter dans les activités sans avoir suffisamment de temps pour l’investigation. Les politiques relatives à l’évaluation et à la responsabilité, ainsi que les attentes établies concernant l’enseignement et le rôle des enseignants, peuvent également entraver la mise en œuvre de l’ESFI. D’autres facteurs sont liés aux ressources disponibles pour l’ESFI, notamment le matériel et l’équipement pour les sciences expérimentales, mais aussi les connaissances pédagogiques des enseignants et leur capacité à aider les élèves à développer et à utiliser des techniques de recherche. La section 6 complète la section 5 en revenant sur les obstacles potentiels et en envisageant les actions possibles pour les réduire, voire les surmonter. Certaines suggestions se trouvent dans les études qui ont soulevé les problèmes en premier lieu ; d’autres émergent de la recherche et d’exemples pratiques de mise en œuvre réussie. Les changements nécessaires constituent la base des recommandations de politique et de mise en œuvre de la section 7.
