Modèles scientifiques scolaires de l'énergie au cycle 4 - Une analyse de documents institutionnels et de pratiques déclarées et effectives de formation continue

School Science Models in Lower Secondary Education (grade 7 to 9)

• Auteur / Autrice : Estelle Tison
• Direction : Emmanuel Rollinde de Beaumont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'éducation
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Education, Didactique, Cognition (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de didactique André Revuz (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Cécile de Hosson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Rollinde de Beaumont, Valérie Merle-Munier, Isabelle Autain Kermen, Damien Grenier, Konstantinos Ravanis, Karine Bécu-Robinault
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Valérie Merle-Munier, Isabelle Autain Kermen

Mots clés

Mots clés libres

Énergie

Modèle scientifique scolaire

Modélisation

Formation

Energy

School Science Model

Modelling

Training

Résumé

Depuis les années 1970, l'énergie a donné lieu à de nombreux travaux de recherche en didactique qui ont mis en évidence des difficultés relatives à l'enseignement et à l'apprentissage de ce concept. En France, en 2015, l'énergie est devenue un thème d'enseignement à part entière au cycle 4. Des entretiens exploratoires montrent une hétérogénéité dans l'appropriation de ce thème par les enseignants et, en particulier, une grande diversité dans l'utilisation des chaînes énergétiques, qui ne comportent pas de normes communes.Dans ce travail de recherche, nous caractérisons les modèles scientifiques scolaires de l'énergie promus par des acteurs institutionnels susceptibles d'influencer les pratiques enseignantes, d'une part par une analyse de documents institutionnels (programmes, documents d'accompagnement et manuels), d'autre part par une analyse de pratiques déclarées et effectives de formation continue à l'enseignement de l'énergie (entretien avec des formateurs académiques et analyse de deux stages de formation). Nous nous intéressons particulièrement à la place des chaînes énergétiques dans ces modèles, à leur utilisation dans un contexte de classe et de formation, et aux raisons pouvant expliquer les choix de modèles et de formation effectués par les formateurs.Pour répondre à nos questions de recherche, nous avons composé un cadre théorique et méthodologique inspiré de la DADE (Robert et Rogalski, 2002) qui s'articule autour de trois approches : une approche didactique, qui permet de caractériser les tâches de formation et d'enseignement ; une approche épistémologique, qui permet de caractériser les modèles scientifiques scolaires de l'énergie ; une approche ergonomique, qui permet d'inférer les raisons qui justifient les choix de modèles et de tâches.L'analyse des documents institutionnels ne nous a pas permis de mettre en évidence un modèle scientifique scolaire de l'énergie unique et clair : les caractéristiques attribuées à l'énergie ne sont, le plus souvent, pas définies et, lorsqu'elles le sont, leurs définitions peuvent être contradictoires entre elles. La plupart des modèles décrits n'opèrent pas de distinction entre l'énergie associée aux systèmes d'étude et l'énergie reçue ou donnée par ces systèmes, de ce fait la représentation des phénomènes par des chaînes énergétiques ne répond pas à des règles de modélisation claires. Les liens entre concept scientifique scolaire d'énergie et concept sociétal d'énergie ne sont généralement pas faits, et les modèles identifiés ne permettent pas de discuter des questions sociétales liées à l'énergie sous un angle scientifique. Les formateurs qui mobilisent un modèle scientifique scolaire de l'énergie soulignent les difficultés liées à l'enseignement et à l'apprentissage de l'énergie, et évoquent la nécessité d'un consensus concernant les mots du modèle et la méthodologie de modélisation. Cependant, les modèles qu'ils promeuvent ne reposent pas sur des règles communes et ne s'appuient pas sur les mêmes caractéristiques de l'énergie. Un stage de formation se distingue par l'utilisation d'un modèle scientifique scolaire de l'énergie issu de la didactique, qui repose sur la distinction entre formes d'énergie et transferts d'énergie, et sur l'utilisation de chaînes énergétiques.

Since the 1970s, energy has given rise to numerous research studies in didactics which have highlighted difficulties related to the teaching and learning of this concept. In France, in 2015, energy became a teaching theme in cycle 4 (grade 7 to 9). Exploratory interviews show heterogeneity in the appropriation of this theme by teachers and a great diversity in the use of energy chains, which are not based on common standards.In this research work, we characterize school science models of energy promoted by institutional actors likely to influence teaching practices, on the one hand through an analysis of institutional documents (programs, official documents and textbooks), on the other hand by an analysis of declared and actual practices of in-training service (interview with academic trainers and analysis of two training sessions). We particularly focus on the place of energy chains in these models, on their use in a classroom and training context, and on the reasons that can explain the choices of models and training made by trainers.To answer our research questions, we composed a theoretical and methodological framework inspired by the DADE (Robert and Rogalski, 2002) which is structured around three approaches: a didactic approach, to characterize the training and teaching tasks; an epistemological approach, to characterize the academic scientific models of energy; an ergonomic approach, to infer the reasons that justify the choices of models and tasks.The analysis of institutional documents did not highlight a single and clear school science model of energy: most often, the characteristics attributed to energy are not defined, and when they are their definitions may be contradictory to each other. Most of the models described do not make a distinction between the energy associated with the systems of study and the energy received or given by these systems, therefore the representation of phenomena by energy chains does not respond to clear rules of modelling. Generally, the links between the school science concept of energy and the societal concept of energy are seldom evoked (let alone explained in a satisfactory manner), and the models we identified do not permit to discuss societal issues from a scientific angle. Trainers who use a school science model of energy highlight the difficulties linked to teaching and learning about energy, and refer to the need for consensus regarding the words of the model and the modelling methodology. However, the models they promote are not based on common rules and do not rely on the same characteristics of energy. A training course is distinguished by the use of a school science model of energy derived from didactics, which is based on the distinction between forms of energy and energy transfers, as well as on the use of energy chains.