Construction d’une notion scientifique et invariant : le cas d'élèves de l'enseignement primaire

par Eric Dupuy

Thèse de doctorat en Sciences cognitives

Sous la direction de Jean-Claude Sallaberry.

Le président du jury était Bernard Claverie.

Le jury était composé de Johann-Günther Egginger.

Les rapporteurs étaient Gérard Sensevy, Franck Vialle.


  • Résumé

    Cette thèse centre son objet dans le champ de la construction de conceptions scientifiques au cours d’activités expérimentales en sciences physiques menées en milieu scolaire par des élèves. Elle s’appuie sur trois hypothèses majeures. La formation des concepts et des notions se structure autour d’éléments invariants. L’élaboration de la pensée résulte de la conjonction de réflexions propres, d’actions et d’échanges ancrés dans une dynamique sociale. Les représentations dévoilent et organisent des modalités de pensée et de son actualisation. Dans une premier temps la thèse se concentre sur la formation de la notion de concept : du repérage d’invariants vers une architecture conceptuelle stable. Ensuite elle expose les questions que posent la notion d’apprentissage et la perspective de l’autonomie de l’apprenant. Enfin elle présente la théorie de la représentation et pose la question de la constitution et de la mise en évidence de la connaissance. Dans un second temps, la thèse inscrit ses expérimentations dans l’observation de situations scolaires basant sur l’hypothèse phénoménologique dans une épistémologie constructiviste la condition de la transformation des situations vécues en données exploitables. L’une sur le thème de l’ombre, l’autre sur celui de l’électricité, elles attestent d’une élaboration cognitive complexe d’où naissent des conceptions sur la base d’invariants, les représentations permettent de dévoiler et de structurer des cheminements de pensée. Si les items “enfantins” (R1) sont nombreux, des items “rationalisants” (de R2) se dégagent souvent portés par une représentation “imagée” (R1?R2), ou sur une dynamique interne (R2?R2). Enfin, la thèse montre, de manière encore empirique, comment certaines combinaisons d’items manifestent, pour ainsi dire “sous nos yeux”, la pensée de l’élève qui s’élabore : une “enaction” au sens de Varela.

  • Titre traduit

    Construction of a scientific notion and invariant factors : the case of primary school children


  • Résumé

    The purpose of this dissertation is to study how scientific conceptions are constructed in the course of experimental activities in physical sciences by young children at school. The study is based on three principal hypotheses: a) The formation of concepts and notions depends on invariant elements. b) The elaboration of thought results from personal reflections, actions and exchanges all anchored in a social dynamic process. c) Representations reveal and organise modes of thinking and their actualisation. In the first stage, the dissertation focuses on the formation of the notion of concept: from the evidencing of invariants to a stable conceptual architecture. Next, it presents the questions raised by the notion of learning and the expected achievement of the learner’s autonomy. Then, it develops a theory of representation, considering the question of the constitution and realisation of knowledge. In a second stage, the dissertation conducts its experimentations within the framework of an observation of classroom situations, the conversion of concrete situations into interpretable data being based on the phenomenological hypothesis from the point of view of constructivist epistemology. One situation refers to the theme of shade, the other to that of electricity: both evidence a complex process of cognitive elaboration, giving rise to conceptions based on a set of invariants. The representations thus reveal and structure the processes of thought. While « childish » items (R1) prove to be numerous, there also often emerge « rationalising » items (R2), either image-based or resting on internal dynamics. Finally, the dissertation demonstrates, in a still empirical way, how certain item combinations evince, so to speak before our very eyes, the child’s process of thinking in action — i.e. « enaction » in the Varela sense of the word.


  • Résumé

    Diese Arbeit befasst sich mit der Konstruktion von wissenschaftlichen Konzepten im Verlauf von physikalischen Experimenten ,die Schüler im Unterricht durchführen. Sie stützt sich dabei auf drei Hypothesen. Die Bildung von Konzepten und Begriffen strukturiert sich um Invarianten. Die Erarbeitung eines Gedankens ergibt sich aus der Verbindung von eigenständigen Überlegungen, von Handlungen und von in sozialer Dynamik verankertem Austausch. Repräsentationen zeigen Modalitäten des Denkens und ihre Aktualisierung auf und organisieren sie. Diese Arbeit fokalisiert sich zunächst auf die Ausbildung des Konzeptbegriffs: vom Erfassen von Invarianten hin zu einer stabilen Konzeptarchitektur. Dann geht sie auf die Fragestellungen des Lernbegriffs ein und auf die Perspektive der Autonomie des Lernenden. Schließlich stellt sie die Repräsentationstheorie dar und fragt nach der Ausformung und der Offenkundigkeit der Erkenntnis. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden die Experimente in Form von Beobachtungen in der Schule ausgewertet. Dabei beruht die Umwandlung von erlebten Situationen in verwertbare Daten auf der phänomenologischen Hypothese einer konstruktivistischen Epistemologie. Ein Experiment beschäftigt sich mit dem Schatten, das andere mit dem Thema Elektrizität. Sie belegen eine komplexe kognitive Erarbeitung, die zu Konzepten auf der Grundlage von Invarianten führen. Durch Repräsentationen werden die Gedankengänge offensichtlich und strukturiert. Auch wenn es zahlreich „kindliche“ Item (R1) gibt, werden „rationalisierende“ Item (von R2) oft mit Hilfe einer „bildgebenden“ Repräsentation (R1?R2) oder einer internen Dynamik (R2?R2) freigesetzt. Auf noch empirische Weise zeigt diese Arbeit schließlich wie gewisse Kombinationen von Item sozusagen unter unseren Augen die Entstehung des Gedanken beim Schüler aufzeigen: eine Enaction im Sinne von Varela.


  • Résumé

    Esta tesis centra su objeto en el campo de la construcción de concepciones científicas en el curso de actividades experimentales en ciencias físicas conducidas en medio escolar por alumnos. Se apoya sobre tres hipótesis mayores. La formación de los conceptos y de nociones se estructura alrededor de elementos invariantes. La elaboración del pensamiento resulta de la conjunción de reflexiones, propias acciones e intercambios anclados en una dinámica social. Las representaciones descubren y organizan las modalidades de pensamiento y su actualización. En un primer tiempo la tesis se concentra en la formación de la noción de concepto: del reconocimiento de invariantes hacia una arquitectura conceptual estable. Luego expone las preguntas que plantea la noción de aprendizaje y la perspectiva de autonomía del novato. Luego presenta la teoría de la representación y plantea la cuestión de la constitución y la puesta en evidencia del conocimiento. En un segundo tiempo, la tesis inscribe sus experimentaciones en la observación de situaciones escolares basada la hipótesis fenomenológica en una epistemológica constructivista, la condición de la transformación de situaciones vividas en datos explotables. Una sobre el tema de la sombra, otra en lo de la electricidad, dan testimonio de una elaboración cognitiva compleja de donde nacen concepciones sobre la base de invariantes, las representaciones permiten descubrir y estructurar aproches de pensamiento. Si los “ítem” infantiles (R1) son numerosos, unos “ítem” “ racionalizantes (de R2) se desprenden a menudo llevados por una representación llena de imágenes (R1?R2), o en una dinámica interne (R2?R2). Por fin, la tesis muestra, de manera aun empÍrica, cómo ciertas combinaciones de ítem manifiestan, dicho sea asÍ “bajo nuestros ojos”, el pensamiento del alumno elaborándose: una “enacción” en el sentido de Varela.


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