Qu’est-ce qu’une démarche d’investigation ?

La démarche d’investigation, mise en avant notamment par La main à la pâte depuis 20 ans, est désormais bien implantée à l’école primaire. Tout en reconnaissant qu’une schématisation de cette démarche est forcément réductrice, nous pouvons tout de même identifier 3 phases en général présentes :

• un questionnement, initié par l’enseignant ou les élèves, donnant lieu à la formulation d’hypothèses ;
• une recherche qui peut être une expérience, une observation, une étude documentaire…
• une structuration des savoirs entraînant, à son tour, un nouveau questionnement, une nouvelle recherche, etc.

Les paragraphes qui suivent éclairent rapidement les grandes phases d’une démarche d’investigation.

La phase de questionnement

De la diversité des réponses fournies à ce questionnement, de leur confrontation, voire de leurs divergences, va se dessiner un problème que les élèves auront à résoudre. Le rôle de l’enseignant est de conduire la discussion qui amènera les élèves à prendre conscience du problème, de ce qu’ils cherchent à savoir ou à montrer. Pour cela, il encourage la communication entre les élèves et les guide dans leur réflexion : « Et vous, que diriez-vous ? Qu’en pensez-vous ? »

La formulation des hypothèses

En s’appuyant sur son expérience ou ses connaissances, l’élève donne des explications qu’il juge plausibles : ses hypothèses. C’est en passant par l’investigation, via une recherche documentaire, une expérimentation et/ou une modélisation que les élèves vont pouvoir confirmer ou infirmer ces hypothèses. La phase de recherche  est ainsi suscitée par la nécessité  de tester la pertinence d’une hypothèse.
La formulation des conceptions ou des hypothèses des élèves (ce qu’ils pensent savoir, ce qu’ils pensent comprendre et pouvoir expliquer d’un phénomène) peut être faite de façon individuelle ou collective :

• à l’écrit sous la forme :
  • d’un dessin ou d’un schéma légendé ;
  • d’un texte argumenté ;
  • d’une liste élaborée collégialement ;
• à l’oral, sous la forme d’une discussion collective argumentée entre les élèves.

La phase de recherche

Lors de cette phase, toujours guidé par l’enseignant, l’élève s’investit, seul ou en groupe, dans la recherche de solutions au problème posé. Il s’agit de mettre à l’épreuve les « hypothèses » retenues. L’enseignant veille à ce que les modalités de recherche soient trouvées par les élèves eux-mêmes, ceux-ci ne devant pas être de simples exécutants. Il peut toutefois les aider en cas de blocage, par exemple en leur présentant le matériel disponible.
Lorsque l’expérience, la modélisation ou l’observation directe ne sont pas possibles, la recherche documentaire ou même l’interview d’un « savant » (qui peut être l’enseignant) permettent aux élèves de valider ou réfuter les hypothèses précédemment émises.
Le guide pédagogique « 1, 2, 3... codez ! » offre une grande variété de moyens d’investigation. En voici un exemple de chaque type :

• expérimentation : utilisation de grilles de pixellisation plus ou moins fines pour tester l’effet de la résolution d’une image sur la reconnaissance de l’objet représenté ;
• modélisation : utilisation d’un jeu de cartes permettant de manipuler des variables ;
• recherches documentaires : étude de l’histoire de l’informatique ;
• programmation : réalisation d’un jeu vidéo ; pilotage d’un robot ;
• observations : démontage d’un robot Thymio pour voir de quoi il est composé.

La structuration des savoirs

On a vu combien le questionnement tient une place essentielle tout au long de l’investigation, qu’il s’agisse de poser un problème, d’interpréter le résultat d’une expérience, de confronter des points de vue… Il faut parfois plusieurs allers-retours entre questionnement et recherche avant de pouvoir répondre au problème et construire ainsi de nouvelles connaissances.
C’est lors de la phase orale collective que la classe construit véritablement un savoir commun. Le débat y tient une place primordiale. Cette mise en commun ne doit pas être vue comme un dialogue entre élèves et enseignant, mais comme un dialogue entre élèves, facilité par l’enseignant.
Toute la classe participe à l’élaboration d’une trace écrite collective, qui fait consensus et qui résume ce qui a été appris et compris. Cette conclusion permet également de prendre de la distance avec l’activité réalisée afin de pouvoir commencer à généraliser et conceptualiser. La précision du vocabulaire devient ici centrale. La trace écrite collective est souvent textuelle, mais peut s’agrémenter d’autres formes de présentation : graphique, schéma, frise chronologique…
La conclusion de la classe fait consensus… mais cela ne signifie pas qu’elle soit valable ! On peut être tous d’accord et tous se tromper ! Une étape essentielle, souvent oubliée, de l’investigation est la nécessaire confrontation du savoir construit en classe (nos conclusions) avec le savoir établi (ce que savent les scientifiques). Cette confrontation se fait à l’aide de livres, documents… ou même avec l’enseignant qui est, lui aussi, dépositaire du savoir établi.
Dans le module pédagogique « 1, 2, 3... codez ! » des conclusions-types sont présentées à la fin de chaque séance. Il s’agit bien entendu d’exemples (basés sur des tests réalisés en classe) destinés à guider l’enseignant. Il serait cependant dommage que ces conclusions soient utilisées telles quelles. Nous recommandons aux enseignants de laisser leurs élèves élaborer leurs propres conclusions, basées sur le travail effectivement réalisé en classe.

Les rôles de l’enseignant dans la démarche d’investigation

Même si l’activité de l’élève est prépondérante et favorisée, l’enseignant a un double rôle, essentiel. Il n’est plus seulement celui qui transmet des connaissances, mais aussi celui qui aide les élèves dans un cheminement vers la construction, par eux-mêmes, de connaissances et l’acquisition de savoir-faire et de savoir-être.
Pour cela, il s’appuie sur la connaissance qu’il a des capacités de ses élèves et aussi de l’état de la progression de l’ensemble de la classe. Il est attentif à l’atmosphère générale comme au rythme de travail de chacun ou des groupes, apporte son soutien ou relance la réflexion quand cela est nécessaire et joue un rôle modérateur (« Et toi, à ton avis… », « Êtes-vous d’accord avec ce qui a été dit ? »…). Il décide ou non de passer à une autre activité, à des moments de recentrage ou de généralisation. Pour tout cela, il est dit « tuteur » de la classe.
L’enseignant est aussi  le garant des « faits » observés, de leur normalité, en tant qu’intermédiaire entre la science « officielle » (celle des savants) et les élèves. Il décide aussi, en se justifiant, de la prise en compte ou non des propositions des élèves, de leur traitement et, finalement, en tant qu’expert ou référent, de la qualité scientifique des résultats des travaux de la classe. Et pour cela, il est dit « médiateur » scientifique de la classe.

Sciences et maîtrise des langages

La communication orale ou écrite est présente tout au long du projet « 1, 2, 3... codez ! ». Le cahier d’expériences, en particulier, est un outil précieux dont les usages méritent d’être détaillés.
L’écrit invite à mettre à distance, à clarifier et à formuler ses pensées afin de les rendre compréhensibles par tous. Les élèves non familiers des démarches d’investigation écrivent peu spontanément. Cette activité nécessite donc un apprentissage, qui sera effectif si les élèves en comprennent l’utilité. Tous les écrits, dans leurs formes les plus diverses (dessins, schémas, légendes, textes descriptifs ou explicatifs), contribuent à la construction des apprentissages.

• L’élève écrit pour lui-même

L’écrit permet à l’élève d’agir (préciser un dispositif expérimental, faire des choix, planifier, anticiper des résultats), de mémoriser (garder trace d’observations, de recherches, de lectures, revenir sur une activité antérieure) et de comprendre (organiser, trier, structurer, mettre en relation des écrits antérieurs, reformuler des écrits collectifs).

• L’élève écrit pour les autres

L’écrit lui permet de transmettre ce qu’il a compris, de questionner les autres élèves, mais aussi des personnes extérieures à la classe (autres classes, familles…), d’expliquer ce qu’il a fait ou compris, de synthétiser…

Le cahier d’expériences peut être organisé en deux parties : individuelle et collective.

• Les écrits individuels constituent un espace personnel de l’élève, qui y écrit ses premières réponses aux questions posées, décrit les activités qui lui permettraient de répondre à ces questions, note ses prévisions, rédige ses comptes rendus. Ces écrits peuvent prendre la forme de textes, mais aussi de schémas, dessins, graphiques… Ils servent de moteur de réflexion et de trace de l’action : à ce titre, ils sont pour l’enseignant un moyen de suivre les progrès et le cheminement personnel de chaque enfant. Il est important que l’enseignant n’intervienne pas d’autorité sur ces écrits personnels (pour en corriger les erreurs, par exemple). Il pourra par contre aider l’enfant à les structurer petit à petit. Des écrits initialement peu élaborés et peu structurés vont s’enrichir petit à petit d’une description des dispositifs expérimentaux (liste du matériel, protocole, schéma ou dessin), d’une écriture des résultats et de leur interprétation, de conclusions…
• Les écrits collectifs sont le fruit d’un véritable effort de confrontation d’idées et de propositions. Ils ont alors le statut d’écrits « validés », et doivent donc respecter les règles orthographiques et syntaxiques, et être enrichis d’un lexique précis.

Évaluer les acquis des élèves

Comment évaluer les connaissances et les compétences développées par les élèves au cours d’un projet comme celui-ci ? La réponse à cette question dépend avant tout de l’usage qui sera fait de cette évaluation. S’agit-il de vérifier, à la fin du projet, que les élèves ont bien acquis telle ou telle notion, dans le but de les noter, par exemple ? S’agit-il plutôt de recueillir des indices sur leur niveau de compréhension tout au long de l’investigation, qui permettront à l’enseignant d’adapter le déroulement de sa progression ?

Le premier cas correspond à ce que l’on nomme « évaluation sommative ». Etant donnée la longueur du module pédagogique, la diversité des niveaux auxquels il s’adresse et la multiplicité des parcours possibles, nous ne pouvons pas inclure ici de protocole d’évaluation sommative. En revanche, des exemples d’évaluations réalisées en classe sont disponibles sur le site web du projet (voir page 288).
Cependant, pour être précise, fiable et utile, une évaluation des connaissances, des compétences et des attitudes se complète avantageusement par l’observation régulière du comportement de l’élève, de son travail individuel ou en groupe et des traces écrites consignées dans son cahier d’expériences.

Une telle évaluation, menée au fur et à mesure, permet d’en adapter la progression. Ainsi, si l’enseignant constate que certains élèves butent sur une notion, il pourra consacrer quelques minutes ou une séance entière à une autre activité. Cette situation de détour permettra d’aborder d’une manière différente la notion qui était mal assimilée par certains élèves, sans pour autant ennuyer les autres.
Le cahier d’expériences peut être un excellent outil pour l’évaluation formative, dès lors que les élèves l’utilisent systématiquement pour écrire ce qu’ils pensent du problème étudié (leurs idées, conceptions, prévisions, suggestions ou hypothèses), explicitent par quel moyen ils vont résoudre ce problème (protocole expérimental, par exemple), rendent compte de leurs résultats, expliquent sous forme de conclusion ce qu’ils en ont compris, individuellement, avant d’élaborer et rédiger une synthèse collective au sein de la classe.