Apprentissage par investigation

Définition

L'apprentissage par investigation (Inquiry-based learning ou IBL) est supporté par les théories de l'apprentissage constructivistes et socio-constructivistes (Eick & Reed, 2002).

Avec cette pédagogie, les enfant peuvent apprendre la science en faisant de la science (Aubé & David,2003).

L'apprentissage par investigation comme modèle pédagogique au sens (Joyce, 2000) se distingue de l'investigation scientifique qui est une méthode de recherche centrale en sciences expérimentales. Les présupposés sont proches puisque on y cherche la validation des idées par leur confrontation aux données expérimentales et aux autres idées mais l'un met au premier plan une dimension pédagogiques l'autre est d'abord orienté vers la recherche. Pour une discussion de cette différence voir Apprentissage authentique.

Le modèle de l’apprentissage par investigation (The Interrogative Model of Inquiry (I-Model)) a été lancé par Jaakko Hintikka dans les années 70 et développé avec ses collègues: l’investigation scientifique et l’acquisition de connaissances sont généralement regardées comme un processus de question-réponse. Bien que le processus interrogatif puisse être formalisé en employant la logique des questions (voir le Hintikka 1988), on peut aussi voir le modèle plus officieusement comme un outil conceptuel pour analyser le processus d’investigation mené grâce aux questions. Il a été montré, que ce modèle peut mener les apprenants de questions vagues vers une exploration scientifique. « furnished evidence that elementary school students were able to transform initially vague explanation-seeking question to a series of more specific subordinate questions while pursuing their knowledge-seeking inquiry. The evidence presented indicates that, in an appropriate environment, it is entirely possible for young students, with computer-support for collaborative learning, to engage in sophisticated knowledge seeking analogous to scientific inquiry. We argue that the interrogative approach to inquiry can productively be applied for conceptualizing inquiry in the context of computer-supported learning. »(Hakkarainen & Sintonen, 2002

L'apprentissage par investigation est souvent décrit comme un cycle ou une spirale, ce qui implique la formulation d'une question, une investigation, la création d'une solution ou d'une réponse appropriée, une discussion et une réflexion basée avec les résultats (Bishop et al., 2004).

Ce processus d'apprentissage par l'exploration du monde matériel ou réel mais aussi la confrontation des idées commence par susciter chez l'apprenant des questions et l'incite à faire des expériences, des recherches dans la poursuite de nouvelles compréhensions, qui posent de nouvelles questions.

Les productions sont donc d'abord vues comme des étapes dans la compréhension croissante. A la fois par la fonction de clarification de la pensée de l'écriture Writing-to-learn,(Klein, 1999) et pour fixer un état de cette construction. Ces productions permettent en effet de débattre et de confronter les idées.

Les questions sont centrales dans ce processus : elles sont le moteur des activités puisqu'elles focalisent la recherche des apprenants. Elles sont aussi l'outil principal de pilotage pour l'enseignant. Faire apparaitre les bonnes questions, veiller à ce que des réponses y soient trouvées, leur solidité éprouvée, devient alors une des principales activités de l'enseignant.

La plupart des chercheurs en science reconnaitraient cette focalisation sur les questions comme appropriée et constitutif de l'épistémologie de la discipline. Les enseignants en sciences ont souligné pendant longtemps l'importance de poser de bonnes questions de sorte que quelqu'un pourrait demander si l'approche interrogative offres quelque chose de nouveau. Il semble que ce qu'il y a de neuf au sujet de l'approche interrogative est le fait que la transformation de la question vient comme base-même de la l’investigation scientifique. Même si les éducateurs sont conscients de l’importance de poser de bonnes questions, on n’a pas une culture bien développée de la question à l'école et il est très difficile de demander aux étudiants de suivre les questions qui émergent par leur processus d'enquête. À cet égard, les modèles pédagogiques et les outils technologiques élaborés en comptant sur l'approche interrogative semblent être de grande valeur. Le modèle interrogatif encourage les enseignants à engager d’avantage les étudiants dans des processus d’investigation par interrogation. Ainsi ils faciliteraient l’évolution conceptuelle et n’examineraient pas juste le contenu de leur croyance courante.

IBL est un processus centré sur l'apprenant et géré par l'apprenant. Le but est d'engager les étudiants dans un apprentissage actif, idéalement basé sur leurs propres questions. Les activités d'apprentissage sont organisées de manière cyclique, indépendamment du sujet. Chaque question mène à la création de nouvelles idées et d'autres questions.

IBL s'inspire du socio-constructivisme à cause du travail collaboratif dans lequel les étudiants trouvent des ressources, utilisent des outils et des ressources fournies par les partenaires d'investigation. Ainsi les apprenants font des progrès en partageant leur travail, en parlant et en construisant sur le travail de chacun.

Une définition très simple : "forme de contrat didactique dans laquelle l'élève exerce une responsabilité importante vis-à-vis du savoir en jeu et le professeur s'appuie sur les productions des élèves pour faire avancer le savoir dans la classe." (Gueudet et al. (2009), projet Mind the Gap)

Modèles

Modèle d'investigation cyclique

Le but d'IBL est la création de nouvelles idées et concepts, et leur propagation dans la classe. L'activité finit souvent par la rédaction d'un document qui essaie de répondre aux questions initiales.

Un cycle d'investigation est un processus qui essaie de permettre à l'étudiant de répondre à ces questions avec les informations qu'il a connecté, ce qui permet la création de nouvelles idées et concepts.

Le cycle d'investigation a cinq étapes globales : Questionner, Enquêter, Créer, Discuter et Réfléchir. Je donnerai un exemple pour chaque étape avec l'exemple du scénarrio de l'arc-en-ciel de Villavicencio (2000), qui travaille avec la lumière et les couleurs chaque année avec des enfants de 4 à 5 ans.

tiré de : [The Inquiry Page]

Durant la préparation de l'activité, l'enseignant doit penser au nombre de cycles à faire, et à comment terminer l'activité (à l'étape Questionner) : reformuler les questions ou y répondre et exprimer les questions qui en découlent.

Questionner

Questionner démarre avec la curiosité des apprenants sur le monde, idéalement avec leurs propres questions. L'enseignant peut stimuler la curiosité des apprenants par une expérience ou une visite dans la nature, ou un débat préliminaire sur leurs conceptions. C'est important que les étudiants puissent formuler leurs questions car ils peuvent montrer alors leurs conceptions sur le sujet d'apprentissage.

Cette étape se focalise sur un problème ou une question que les étudiants commencent à définir. (Thelen 1960) met en évidence l'importance du "puzzlement" qu'on peut peut-être associer au conflit socio-cognitif (Astolfi 2002 par ex. ) qui doit résulter de la situation que l'enseignant a mise en place. Il ne s'agit pas simplement de donner aux apprenants un problème à résoudre, mais d'une situation qui interroge et interpelle les élèves individuellement et dans le groupe. Les questions peuvent apparaître dans la confrontation des conceptions différentes des apprenants. Les questions doivent donc émerger du groupe d'apprenants par un processus que l'enseignant suscite, anime, mais ne manipule pas. Les questions doivent appartenir aux apprenants. (cf l'importance du sentiment d'autonomie dans la plupart des théories de la motivation (p. ex Viau 1997)) L'examen de la source des questions est donc important si l'on veut un réel processus d'investigation.

Ces questions seront naturellement redéfinies encore et encore durant le cycle. Les limites des étapes sont floues : une étape n'est jamais réellement terminée lorsque la suivante démarre.

Scénario Arc-en-ciel: L'enseignant donne des miroirs aux enfants, de sortes qu'ils puissent jouer avec les rayons du soleil qui passent au travers des fenêtres de la salle de classe. Avec ces manipulations, les étudiants peuvent déjà formuler quelques questions sur la lumière et les couleurs.

Enquêter

Questionner mène naturellement à Enquêter qui consiste à accompagner la curiosité vers la recherche d'informations. Des étudiants ou des groupes d'étudiants collectent les informations, étudient, regardent des ressources, expérimentent, observent, dessinent,… Ils peuvent déjà redéfinir la question, l'éclaircir ou prendre une autre direction que la question initiale ne permettait pas d'anticiper. La quête d'information par le élèves est au centre du processus : si ils ont bien pris les questions pour eux-mêmes dans la phase précédente ils vont chercher activement, et auront besoin d'être guidés et conseillés dans leur investigation, et plutôt que de donner des réponses qu'il connaît probablement l'enseignant les accompagne dans une recherche dans des ouvrages, des expériences, des observations de terrain, des interviews, etc. il faut prêter attention ici selon (Thelen 1960) à qui cherche activement et comment les informations sont obtenues. Enquêter est un processus qui devrait reposer sur la motivation intrinsèque de l'étudiant principalement, avec l'enseignant dans un rôle de conseiller, mais aussi de maintenir un environnement assez riche en ressources (livres, matériel expérimental, opportunités d'observation, webographie, etc) pour permettre le succès des investigations (Joyce 2000) .

Scénario Arc-en-ciel : Une fois que les questions sont posées, l'enseignant donne des prismes aux enfants qui leur permet de faire dévier la lumière et une Round Light Source (RLS), grosse lampe cylindrique avec quatre fenêtres colorées au travers desquelles des rais de lumières peuvent passer. Ainsi les enfants peuvent mélanger les couleurs et voir le résultat sur un écran. Ils commencent à collecter des informations.

Créer

Les informations collectées commencent à se rejoindre. Les étudiants commencent à faire des liens. Ici, la capacité à syntéhétiser le sens est l'étincelle qui permet la formation de nouvelles connaissances. Les étudiants ont de nouvelles pensées, idées et théories qui ne sont pas directement inspirées par leur propre expérience. Ainsi ils l'écrivent dans une sorte de rapport.

Scénario Arc-en-ciel : Quelques liens sont crées par les informations colletées et les enfants comprennent que les arc-en-ciel sont créés par ce type de phénomène.

Discuter

Dès lors, les étudiants partagent leurs idées les uns les autres, et interrogent les autres sur leurs propres expériences et investigations.

Le partage des connaissances est un processus de communautaire de construction et ils commencent à comprendre le sens de leur investigation. Comparer les notes, discuter les conclusions et partager leurs expériences sont quelques exemples de ce processus actif.

Scénario Arc-en-ciel : les enfants sont souvent et spontanément assis autour du RLS. Ils discutent et partagent leurs nouvelles connaissances acquises dans le but de comprendre le mélange des couleurs. Ensuite, ils sont invités à partager leurs résultats avec le reste de la classe, pendant que le professeur écrit les notes au tableau noir.

Réfléchir

Cette étape consiste à prendre du temps pour regarder en arrière. Penser à nouveau à la question initiale, le chemin emprunté et les conclusions actuelles. Les étudiants regardent en arrière et prennent peut-être de nouvelles décisions  : "Une solution a-t-elle été trouvée?", "de nouvelles décisions ont-elle été prises?", "de nouvelles questions sont-elles apparues?", "Que pourraient-ils demander?",…

Scénario Arc-en-ciel : l'enseignant et les étudiants prennent le temps de regarder en arrière pour revoir les notions vues dans les premières étapes de l'activité. Ils essaient de synthétiser et de se projeter avec les connaissances et notions acquises récemment.

Continuation

Maintenant, le premier cycle prend fin et les étudiants sont à nouveau à l'étape de Questionner. Ils peuvent choisir entre 2 options:

1. Questionner: un nouveau cycle commence nourri par de nouvelles questions ou les nouvelles formulation des questions précédentes. L'enseignant peut alors former des groupes pour stimuler les discussions et intérêts.
2. Répondre: L'activité prend fin. L'enseignant doit terminer par une ouverture : les questions avec leurs réponses, celles avec une nouvelle formulation, celles apparues durant l'activité. Faire une synthèse est toujours une meilleure solution, même si cette étape n'est pas le but d'un cycle entier.

Scénario Arc-en-ciel: L'enseignant laisse les étudiants libres de répéter leurs expériences ou de tenter des nouveautés. Quelques étudiants essayent de faire ce qu'ils ont vu leur camarade faire, d'autres font les mêmes choses avec ou sans variantes. Un nouveau cycle démarre.

L'avantage de ce modèle est qu'il peut être appliqué avec un gand nombre de type d'étudiants et de matières. De plus, l'enseignant peut construire l'activité en se focalisant sur une partie spécifique du cycle ou une autre, avec un ou plusieurs cycles,…

Le plus souvent, un cycle (formel ou non) n'est pas suffisant et à cause de ça, ce modèle est souvent dessiné plutôt comme une spirale.

I-Model

L’investigation de recherche de connaissances (Knowledge-seeking inquiry) entraine le fait que les connaissances ne sont pas simplement assimilées mais sont construites grâce à la résolution des problèmes d'explication et de compréhension. Par la collaboration intensive et l'interaction des pairs, les ressources de la communauté d’étude peuvent être employées dans le but de faciliter l'avancement de l'investigation. Pour soutenir la participation à l’enquête de recherche de connaissances (Knowledge-seeking inquiry) on a conçu des environnements d’études soutenus par des technologies d'enquête ; par exemple Computer-supported Collaborative Learning Environment, CSILE (voir le Scardamalia et Bereiter 1993). Le terrain commun à ces environnements est représenté par des outils servant à la collaboration, à la production et la discutions des connaissances et à la résolution de problèmes ensemble. L’investigation collaborative pour l’apprentissage (Collaborative inquiry learning) est fondée sur l'hypothèse que le discours stimule la motivation ainsi que des processus cognitifs essentiels à l'étude. Les étudiants peuvent se motiver réciproquement pour essayer d'atteindre différents buts communs de l’étude. Cette perspective de motivation au travail collaboratif souligne l'idée que les étudiants devraient soit percevoir le succès individuel en étant dépendant du succès du groupe (Slavin, 1996) soit se soutenir grâce à la cohésion sociale (Cohen, 1994).

Scardamalia et Bereiter (1992) ont démontré que les étudiants sont capables de produire des questions valables de point de vue cognitif quand on ne leur demande pas de pouvoir fournir des réponses à leurs questions. Si les étudiants, au contraire, sont demandés de donner les réponses, il est probable qu'afin d'éviter l'échec et économiser l'effort cognitif ils adoptent une stratégie de poser les questions auxquelles ils connaissent déjà la réponse ou ont de l'information très facilement disponible. Additionnement, Hatano et Inagaki (1992) ont observé que l’orientation vers la performance et l’atteinte des réponses correctes sont contre-productifs du point de vue de l'activité de compréhension. De plus, l’étude de Scardamalia et de Bereiter's (1992) indique, que si des étudiants étaient invités à produire des questions avant de présenter un nouveau sujet, ils étaient susceptibles de poser des questions basées sur les connaissances (knowledge-based). Cela veut dire qu’ils posaient des questions dérivées de leur besoin de comprendre et des questions concentrées sur des choses dont ils étaient véritablement intéressés. L'étude indique que l'approche interrogative à l'enquête (interrogative approach to inquiry ) peut être appliquée de façon efficace pour des processus de conceptualisation de l’investigation dans le contexte d’apprentissage collaboratif sur ordinateur. Ainsi un certain nombre de caractéristiques de l’I-Model le rendent particulièrement approprié comme base logique et épistémologique pour l’apprentissage par investigation et CSCL.

Check-liste pour l'IBL

Une check-list pour vérifier si on est bien dans un IBL

The Puzzling Situation (la situation délicate)

1. Was there a genuine puzzling situation from which students discerned a problem?(Y a-t-il eu une situation authentiquement délicate dans laquelle les étudiants ont pu discerner un problème ?)
2. Where the students engaged by the puzzling situation, revealing their entry knowledge, beliefs, assumptions, etc.? (Où les étudiants, engagés dans la situation, on pu révéler leurs connaissances de base, leurs croyances, leurs hypothèses, etc. ?)
3. Was there a diversity of responses to the puzzling situation (assumptions, beliefs, knowledge, perspectives, etc.)? (Y a-t-il eu une diversité de réponses à cette situation (connaissance, croyances, hypothèses, perspectives, etc.) ?)

Reactions and Discussion (Réactions et discussion)

1. Did the puzzling situation provoke students to identify and define a particular problem or issue? (La situation délicate a-t-elle poussé les étudiants à identifier et à définir un problème particulier ?)
2. Did students discuss the diversity in #3 in the context of the problem identified in #4? (Les étudiants ont-ils discuté de la diversité (Cf. Phase 3 de l'article : Three Strategies for Teaching. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. in [Rodney F. Allen The Group Investigation Model ])dans le contexte du problème identifié dans la Phase 4 du même article ?)
3. Did students respond to and build upon each other's ideas? (Les étudiants y ont-t-ils répondu et construit leurs réflexions sur la base de celles de chacun ?)
4. What role did the teacher play? Did students talk to one another or to the teacher? (Quel rôle l’enseignant a-t-il joué ? Les étudiants en ont-ils parlé entre eux ou à leur enseignant?)

Formulation of the Problem (Formulation du problème)

1. Was a problem or issue for investigation identified? (Un problème nécessitant une investigation a-t-il été identifié?)
2. Did the students discuss alternative problems? (Les étudiants ont-ils discuté d’autres problèmes?)
3. Did the problem require students to offer explanations, make predictions, or build hypotheses? (Le problème a-t-il exigé des étudiants de devoir donner des explications, de faire des prédictions, ou d'établir des hypothèses ?)

Organization for Investigation (Organisation de l'investigation)

1. Did students break the investigation tasks and responsibilities down into roles for one another? (Les étudiants ont-ils divisé les tâches et les responsabilités de l'investigation en rôles distribués à chacun ?)
2. Did their investigation plan require independent and cooperative performance for students? (Leur plan d’investigation a-t-il exigé d’eux à la fois un effort individuel et un effort en groupe?)
3. Did the students review their performance, revise plans, or reassign roles? (Les étudiants se sont ils évalués, ont-ils révisé leurs plans ou attribués d’autres rôles?)
4. What role did the teacher play in the group investigation? (Quel rôle l’enseignant a-t-il joué dans la recherche du groupe ?)

Operation (Exécution)

1. Did most students engage in independent and group investigative tasks? (La plupart des étudiants se sont-ils engagés indépendamment et en groupe dans les différentes activités ?)
2. Did students collect, report, analyze, and interpret information as they gathered it? (Les étudiants ont-ils collecté, reporté, analysé, puis interprété l'information qu’ils ont recueillie ?)
3. Did the group pause to discuss new information and perspectives in light of their initial knowledge, assumptions, perspectives, and feelings? (Le groupe s’est il arrêté pour discuter d’une nouvelle information à la lumière de leurs connaissances initiales, hypothèses, perspectives et intuitions ?)

Conclusion and Assessment (Conclusion et évaluation)

1. Did the investigation reach a conclusion? (Le résultat de l'investigation a-t-il permis d’en tirer une conclusion?)
2. Did the investigation produce a product(s) or a performance(s)? (Le résultat de cette investigation a-t-il généré un produit ou une performance ?)
3. Were these products or performances shared with others in the class? The school? The community? (Cette production a-t-elle été partagée avec d'autres dans la classe ? L'école ? Au sein de la communauté ?)
4. Were these products and performances assessed as expressions of academic development? How? (Est-ce que les productions, performances ont été évaluées comme développant des nouvelles connnaissances académiques. De quelle façon ?)
5. Were these products, performances, and group processes assessed as expressions of the development of academic inquiry and democratic value development? How? (Est-ce que les productions, performances et dynamiques de groupe ont été évaluées comme l'expression d'un questionnement collaboratif démocratique, ainsi que d'un apport de savoir relié au monde social? De quelle façon ?

Adapté de Weil, M., & Joyce, B. R. (1975). Three Strategies for Teaching. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall. in [Rodney F. Allen The Group Investigation Model ]

Inquiry : un modèle très répandu outre-atlantique mais...

Inquiry est un modèle pédagogique très courant aux USA. Plusieurs textes officiels et des documents défisissant des orientations politiques le mentionnent comme une manière d'apprendre ce qu'est réellement la science {{Citation|...standards call for students to engage in inquiry as a means of learning what science really is} } (NRC, 1996). Inquiry est qualifié de fondamental dans les objectifs de référence nationaux

«Because of the importance of inquiry, the content standards describing what all students need to know and be able to do include standards on science as inquiry.

» ( NRC, 2000) Inquiry est décrit comme l'essence de la science et la manière de construire des connaissances scientifiques .« Scientific inquiry refers to the diverse ways in which scientists study the natural world and propose explanations based on the evidence derived from their work. Inquiry also refers to the activities of students in which they develop knowledge and understanding of scientific ideas, as well as an understanding of how scientists study the natural world.»(N RC, 2000) On voit cependant bien que ce terme est bien plus plus large que l'apprentissage par investigation tel qu'il est défini ici Peut-être est-ce une forme de définition de l'épistémologie de la science sans le dire ?

Dans d'autres documents notamment Project 2061 (AAAS 1993) inquiry est défini comme une des composantes essentielles de ce qu'est la science (Nature Of Science NOS) Scientific Inquiry

«In the vision presented by the Standards, inquiry is a step beyond "science as a process," in which students learn skills, such as observation, inference, and experimentation. The new vision includes the "processes of science" and requires that students combine processes and scientific knowledge as they use scientific reasoning and critical thinking to develop their understanding of science.» [h ttp://www.nap.edu/readingroom/books/nses/html/6a.html#sis (National science education standards.NRC, 1996)]

En suisse les documents officiels font le plus souvent référence à des contenus et ne se réfèrent à des approches pédagogiques qu'avec une très grande prudence. Bien que l'apprentissage par investigation ne soit en Suisse surement pas majoritaire, il est probable que de nombreux maitres de sciences expérimentales -sans forcément nommer le modèle- utilisent en classe une pédagogie qu'on pourrait classer dans "inquiry" au sens plus large du NRC.

Depuis 2009, Le projet Primas encourage la démarche d'investigation dans les sciences . Il se réfère notamment a cette définition "forme de contrat didactique dans laquelle l'élève exerce une responsabilité importante vis-à-vis du savoir en jeu + le professeur s'appuie sur les productions des élèves pour faire avancer le savoir dans la classe." (Gueudet et al. 2009, projet Mind the Gap)

Outils

Le monde de Darwin : Internet educational environnemnt mostly for 8 to 14 years old students. The pedagogy is socio-constructivist, with treatment and organization of the information with collaborative work

Module PostNuke:

Voir aussi

constructivisme, socio-constructivisme, discovery learning, WebQuest, Le Monde De Darwin...

Références

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