Introduction

1Les sciences du vivant et de la Terre, et plus particulièrement les sciences de l’évolution, portent à la fois sur des processus, des mécanismes intemporels que l’on cherche à expliquer, et sur des patrons, des évènements passés que l’on cherche à reconstituer. Ces deux ensembles, relevant des sciences dites fonctionnalistes et historiques, ne constituent pas des catégories strictement étanches, dans la mesure notamment où les patrons reposent bien sur des processus, mais cette distinction permet de révéler des épistémologies et des enjeux didactiques contrastés. Alors que les processus peuvent être abordés par l’expérimentation, et sujets à une approche hypothético-déductive canonique, l’étude des patrons repose nécessairement sur des inférences inductives. S’il s’agit par exemple de chercher des explications à l’extinction quasi complète des dinosaures à la fin du Crétacé, on pourra faire converger un faisceau d’arguments et proposer une explication plausible, voire très probable, mais par définition non directement observable. Ainsi, les causes de la crise Crétacé-Tertiaire, et plus généralement de tout évènement unique situé dans le passé, et relevant en ce sens des sciences dites historiques, conserveront nécessairement un degré incompressible d’incertitude.

2Dans une étude précédente nous avons pu mettre en évidence une sous-représentation, et surtout une non-reconnaissance, des sciences historiques dans le cadre de l’enseignement en France des sciences de la vie et de la Terre (SVT), menant à des impasses épistémologiques et didactiques (Paulin, Charlat, & Triquet, 2019). Une explication possible est que le caractère incertain des résultats des sciences historiques pourrait générer une tension au sein de l’institution scolaire dans son rapport au vrai. Loin de considérer l’incertitude comme une fragilité des sciences historiques, nous voyons là au contraire une occasion précieuse d’aborder des éléments essentiels d’épistémologie, qui concernent finalement aussi bien les sciences fonctionnalistes que les sciences historiques.

3C’est dans cette perspective que nous questionnons ici la prise en charge de l’incertitude dans le cadre de l’enseignement des SVT. Nous présentons un nouveau corpus de données et d’analyses à partir duquel nous cherchons à évaluer le degré de traitement de l’incertitude dans des énoncés de travaux pratiques, donnés lors d’une évaluation terminale. Ces activités expérimentales sont des moments privilégiés pour travailler cet élément incontournable de l’activité scientifique puisqu’elles confrontent l’élève à la fiabilité des mesures, à la qualité de l’échantillonnage ou encore à la validité des conclusions construites et des inférences, au regard des données mobilisées. Nous chercherons à repérer dans ce corpus si les précautions d’usage sont prises pour traiter explicitement l’incertitude dans les démarches expérimentales proposées aux élèves.

Cadres théoriques et questions de recherche

4Notre étude se situe dans le champ de l’enseignement des sciences du vivant et de la Terre et les travaux pratiques que nous analysons sont des activités scolaires qui peuvent être envisagées comme le résultat d’une transposition didactique, au sens de Chevallard (1985), c’est-à-dire nécessairement recontextualisées pour être enseignables. Ces activités n’ont évidemment pas prétention à une quelconque découverte scientifique mais visent bien un apprentissage de savoirs à la fois pratiques et théoriques. La transposition didactique a un fort caractère de nécessité, dans la mesure où le « savoir savant » ne saurait être directement importé dans la classe, mais elle peut s’avérer problématique et mener à des décalages ou des déformations préjudiciables à la compréhension de l’activité scientifique. D’après certains auteurs, elle doit pour cette raison être placée sous surveillance (Antibi & Brousseau, 2002 ; Arsac, Develay, & Tiberghien, 1989).

5Cette vigilance doit s’exercer d’autant plus fortement sur des activités à teneur expérimentale comme celles étudiées ici, puisqu’en tendant à mimer les pratiques de laboratoire [1], elles exacerbent le risque d’un manque de distinction entre l’objectif d’apprentissage des savoirs et la pratique scientifique elle-même. Paul A. Kirschner a analysé cet écueil dans les années 1990, en questionnant la pertinence d’une croyance ancrée chez les prescripteurs des programmes, selon qui la manière dont la science se pratique serait la meilleure manière de l’enseigner (Kirschner, 1992). Ces réflexions font écho à d’autres travaux, notamment en didactique des SVT, portant sur la « démarche expérimentale », une modalité d’enseignent pratiquée en France, impliquant des manipulations de la part de l’élève. Déjà à la fin des années 1970, en faisant de l’acronyme OHERIC un sigle (Observation, Hypothèse, Expérience, Résultats, Interprétation, Conclusion), André Giordan (1978) avait relevé qu’une telle démarche d’apprentissage, calquée sur une pratique scientifique (réelle ou supposée) comportait un risque de confusion avec cette dernière ; critique reprise par d’autres auteurs, dans un ouvrage collectif, la même année (Astolfi, et al., 1978). D’autres didacticiens, au sujet de la démarche d’investigation (qui a succédé à la démarche expérimentale depuis les années 2000) ont montré la persistance d’une approche de type « OHERIC » dans l’enseignement des sciences (Cariou, 2011 ; Mathé, Meheut, & de Hosson, 2008 ; Orange, 2012 ; Triquet, Gandi, & Guillaud, 2012). Des travaux complémentaires sur l’épistémologie mise en œuvre par les enseignants de SVT ont relevé le positivisme simpliste (Khan, 2002) ou l’inductivisme naïf (Darley, 1996, 2007) imputable à ce tropisme vers l’expérimental. Notre étude s’inscrit dans la lignée de ces travaux et interroge in fine la transposition de l’incertitude dans des activités scolaires visant non pas la découverte mais bien l’enseignement de connaissances stabilisées.

6Nous distinguerons dans cette analyse deux catégories distinctes d’incertitudes, qualifiées de quantitative ou d’ontologique. La première porte sur les incertitudes de mesures, ou les incertitudes statistiques, quand il s’agit d’estimer une valeur à partir d’un échantillon, ou de prédire des évènements avec un degré de confiance plus ou moins élevé. La seconde, l’incertitude ontologique, plus importante selon nous, rend compte de l’impossibilité fondamentale d’avoir accès à une connaissance entière et figée des objets biologiques et géologiques, quelle que soit la pertinence des descriptions produites. Pour tâcher d’écarter toute ambiguïté sur notre propos, précisons que nous ne questionnons pas ici l’existence du réel, mais, comme beaucoup d’autres (voir par exemple Nietzsche, 1873/2002 ; Feyerabend, 1979 ; Atlan, 2014 ; Barrau, 2016), tenons pour acquise la différence entre « le mot » et « la chose », en reconnaissant que le langage même implique un degré incompressible d’abstraction. Nous nous démarquons ainsi d’un positivisme primaire, qui voudrait que la science donne un accès certain à une vérité unique et définitive, mais souhaitons également nous écarter de son image en miroir, la posture relativiste primaire, aussi stérile et infondée selon nous, qui verrait la science comme équivalente à toute autre méthode d’accès à la connaissance. Au contraire, nous reconnaissons à la méthode scientifique une originalité qui lui donne son efficacité propre : la possibilité même du doute, et comme seule contrainte l’exigence d’une cohérence logique entre ses propositions et le « réel sensible » au sens de Delsol (1985), c’est-à-dire les éléments du réel auquel nous avons accès.

7À partir de ce positionnement, nous considérerons avec attention le traitement des objets incontournables de l’enseignement scientifique que constituent les faits et les modèles. Avec Piaget, nous gardons à l’esprit « qu’il n’y a pas de faits bruts ; même l’éclipse, le coup de tonnerre, le précipité dans l’éprouvette, portent une théorie plus ou moins naïve, plus ou moins élaborée, jamais absente » (1967). Nous sommes par ailleurs attachés à la distinction essentielle entre les modèles et les objets qu’ils représentent : une maquette de molécule d’ADN ne devrait pas être nommée une molécule d’ADN et la représentation tridimensionnelle d’une protéine sur un écran d’ordinateur devrait être distinguée de la protéine elle-même. Ainsi, nous chercherons à préciser si le modèle est bien présenté comme médiateur « entre un champ théorique dont il est une interprétation, et un champ empirique dont il est une formalisation » (Sinaceur, 2006, p. 759) ou au contraire s’il est directement considéré comme un objet naturel, qui pourrait être étudié comme tel. D’autres avant nous (Desbeaux-Salviat & Rojat, 2006 ; Orange Ravachol, 2016) ont pu noter que cette distinction n’est pas suffisamment opérée dans l’enseignement, y compris dans les programmes scolaires.

8Pour analyser le rapport à l’incertitude dans les sujets traités, nous aurons besoin de préciser leurs caractéristiques épistémologiques, qui conditionneront les degrés d’incertitude attendus. Nous nous référons pour ce faire aux travaux d’épistémologues et de didacticiens des sciences biologiques et géologiques (de Ricqlès & Padian, 2009 ; Gayon, 2004 ; Gohau, 2012 ; Gould, 1998 ; Morange, 2011 ; Orange Ravachol, 2012). Ces auteurs ont notamment mis l’accent sur cette tension [2], évoquée plus haut, entre un pôle mobilisant les sciences historiques [3] et un autre mobilisant les sciences fonctionnalistes. Comme nous l’avons déjà précisé, les sciences historiques portent sur la reconstitution d’événements passés alors que les sciences fonctionnalistes concernent les mécanismes sous-jacents. Les objets des sciences historiques sont uniques car ayant existé une seule fois et ne pouvant être isolés dans un laboratoire. Au contraire, les objets des sciences fonctionnalistes sont ubiquistes, reproductibles et peuvent être manipulés dans une pratique expérimentale. Notons que certains objets peuvent être appréhendés à la fois dans des perspectives historique et fonctionnaliste. Ainsi, au-delà des objets, ces deux champs scientifiques peuvent être plus facilement distingués par les approches et les questions posées. Un généticien par exemple peut, dans une approche fonctionnaliste, étudier dans une boite de pétri les mutations permettant à une bactérie de résister à un antibiotique, ou, dans une perspective historique, s’interroger sur l’origine de cette même résistance dans la nature.

9Ces deux catégories de sujets, fonctionnalistes ou historiques, sont en principe également soumises aux deux formes d’incertitudes précitées. Sur le plan quantitatif, les mécanismes, tout comme les évènements passés, peuvent être caractérisés avec un degré plus ou moins élevé de précision. Sur le plan de l’incertitude ontologique, les mécanismes comme les évènements passés peuvent trouver des explications plausibles voire très probables, qui n’en restent pas moins, in fine, des élaborations mentales. Mais reconnaissons que l’incertitude ontologique des objets historiques est plus palpable. En ce sens, elle constitue à nos yeux une porte d’entrée idéale vers des terrains épistémologiques plus complets. Nous serons également attachés à préciser la portée, généralisante ou circonscrite, des questions posées. S’agit-il d’identifier l’origine d’un échantillon de sable en particulier, ou au contraire de proposer un modèle général sur l’origine des sables calcaires ? S’agit-il de classer ce fossile particulier, ou d’inférer l’histoire évolutive des hominidés dans leur ensemble ?

10D’une façon générale, nous chercherons dans notre analyse à préciser la présence ou l’absence des précautions qui s’imposent, comme l’usage du conditionnel, le champ lexical du probable, l’explicitation des marges d’erreurs et des intervalles de confiance, l’évocation d’explications alternatives, ou les marques de précautions dans la généralisation des résultats. Nous serons attentifs au piège typologique, c’est-à-dire à la confusion entre objet naturel et modèle, niant la possibilité d’une variabilité par rapport à un standard. À partir des catégories prédéfinies, des attendus plus spécifiques peuvent être formulés. Dans les problèmes d’ordre historique, un traitement explicite de l’incertitude ontologique sera de rigueur. Les conclusions formulées dans ce cadre devront être de l’ordre du vraisemblable plutôt que du vrai. Dans les sujets mobilisant des données chiffrées, un traitement explicite de l’incertitude quantitative sera particulièrement nécessaire. Enfin, dans les sujets de portée générale, nous attendrons une discussion relative à la taille des échantillons ou au nombre d’observations, de même qu’une explicitation au moins rudimentaire des cadres théoriques mobilisés pour justifier les généralisations.

Méthodologie

Résultats

Discussion et Perspectives

45Constatant la place réduite laissée, dans l’enseignement, aux sciences dites « historiques », par opposition aux sciences « fonctionnalistes », nos travaux précédents nous ont mené vers un enjeu peut-être plus général et critique de l’enseignement : le difficile rapport au vrai, ou à son corolaire, l’incertitude. La présente analyse visait à préciser le degré de précautions épistémologiques effectivement atteint dans une séance d’évaluation de travaux pratiques de SVT au baccalauréat. Nous avons distingué différents groupes de sujets, selon qu’ils relevaient des sciences historiques ou fonctionnalistes, et selon leur degré de généralisation. Dans toutes ces catégories, l’incertitude quantitative, la plus facile à appréhender puisqu’elle impliquerait simplement de tenir compte du degré de précision d’une mesure, d’une estimation ou d’une prévision, est loin d’être traitée à la hauteur du nécessaire. Plus problématique encore, l’incertitude ontologique, conséquence de la distance irréductible entre le réel et sa description, est passée sous silence. Nous discuterons ici des causes possibles et des implications de ce constat, en questionnant d’abord la nécessité d’une prise en compte de l’incertitude dans l’enseignement des sciences. Nous tâcherons ensuite de proposer des explications quant à son absence manifeste. Enfin, nous aborderons la question épineuse de la mise en pratique de nos propositions : à quel stade de la formation, et de quelle manière, pourrait-on et devrait-on enseigner l’incertitude ?

46Nous avons jusqu’ici tenu pour acquise la nécessité d’un enseignement de l’incertitude en science. Prenons un moment pour considérer les arguments sous-jacents. Le premier fait référence à la nature de l’activité scientifique elle-même, à la science qui se construit. Les recherches en histoire des sciences démontrent à quel point les regards sur un même objet peuvent différer selon les lieux, les cultures et les époques. Y voir un simple progrès vers une « connaissance » du monde toujours plus précise et exacte serait une réduction simpliste. Il ne fait aucun doute à nos yeux que l’évolution des théories scientifiques, les petits pas comme les « révolutions », accroissent le plus souvent leur pouvoir explicatif et multiplient leurs domaines d’applications pratiques. Mais la part subjective et chaotique de ces trajectoires est également largement admise. Force est de reconnaître que les avancées scientifiques reposent sur des « données » de plus en plus détaillées, mais également sur les élaborations mentales qui leur donnent du sens, sur des modèles, sur des idées, ayant germé un jour, dans un certain contexte. Certaines idées, en accord avec de nombreux observables, prennent l’apparence illusoire de faits bruts, qui ne seraient sous-tendus par aucun cadre théorique. D’autres idées, d’autres modèles, finalement compatibles avec encore plus d’observables, pourraient pourtant leur succéder un jour.

47L’enseignement devrait-il rendre compte de cette dimension de la méthode et des contenus scientifiques ? À l’heure où nous écrivons ces lignes, la pandémie de Covid-19 se propage et assigne à résidence la moitié de l’humanité, situation inédite et anxiogène. Le besoin de comprendre, d’anticiper, bien légitime, se traduit par une demande pressante d’explications auprès des scientifiques du champ concerné. Les réactions sont parfois incrédules vis-à-vis de la prudence ou des nuances apportées par les uns et les autres quand ils révèlent au grand jour cette habitude, cette pratique presque quotidienne de l’incertitude. Cette crise nourrit notre réflexion et renforce finalement notre propos sur la nécessité de penser l’enseignement de l’incertitude scientifique. Laissons Jürgen Habermas en appeler à une prise de conscience collective de ce rapport à l’incertitude (Truong, 2020) :

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D’un point de vue philosophique, je remarque que la pandémie impose aujourd’hui, dans le même temps et à tous, une poussée réflexive qui, jusqu’à présent, était l’affaire des experts : il nous faut agir dans le savoir explicite de notre non-savoir. Aujourd’hui, tous les citoyens apprennent comment leurs gouvernements doivent prendre des décisions dans la nette conscience des limites du savoir des virologues qui les conseillent. La scène où se déroule une action politique plongée dans l’incertitude aura rarement été éclairée d’une lumière aussi crue. Peut-être cette expérience pour le moins inhabituelle laissera-t-elle des traces dans la conscience publique.

49Nous envisageons de manière prégnante aujourd’hui les intérêts d’ordre général d’un apprentissage à l’école des différents types d’incertitude, garant d’un plus grand esprit critique. Une telle formation pourrait fonder une confiance renouvelée des élèves face à la complexité des objets de savoirs et leur offrirait une assise solide plutôt que déstabilisante, en leur donnant à constater une démarcation évidente vis-à-vis des positions dogmatiques, propres aux « vérités alternatives », aux divers obscurantismes et intégrismes qui constituent des menaces tangibles pour nos sociétés. En reconnaissant l’incertitude comme principe constitutif de la démarche scientifique, il devient paradoxalement plus aisé de pointer et critiquer la caractéristique propre à ces positions dogmatiques : la certitude. Enfin, reconnaître la part de créativité inhérente à l’activité scientifique pourrait être une occasion de partager son caractère fondamentalement ludique, et par là même de recréer des liens entre des secteurs disciplinaires trop isolés : sciences « dures », sciences humaines, littérature, langues, arts…

50Comment expliquer une telle absence du traitement de l’incertitude dans l’enseignement des sciences ? Une partie de la réponse se trouve, selon nous, dans une forme d’inertie et d’héritage, les enseignants ayant eux-mêmes d’abord été des élèves nourris de certitudes. Un changement dans ce domaine constituerait une rupture, évidemment difficile à opérer. La quasi-inexistence des réflexions épistémologiques dans la formation des scientifiques, y compris à l’université, et a fortiori des formations dans ce domaine pourtant central, est aussi vraisemblablement en cause. Ce manque étonnant concerne non seulement les enseignants du secondaire, mais également les enseignants-chercheurs du supérieur et leurs collègues chercheurs. Dans le meilleur des cas, ces professionnels de la science se forment « sur le tas » à l’épistémologie, et intègrent une certaine prise de recul vis-à-vis de leurs activités d’enseignement ou de recherche.

51Au-delà de cette inertie, la maigre place laissée à l’incertitude dans l’enseignement relève aussi d’un problème de transposition, c’est-à-dire de la difficulté de viser l’apprentissage de savoirs stabilisés en mimant la démarche scientifique elle-même. En maintenant cette confusion entre démarche d’enseignement et démarche scientifique, les choix curriculaires faits en France depuis des décennies n’ont pas réellement permis de dépasser l’écueil analysé par Kirschner (1992). Distinguer nettement ces deux éléments permettrait de traiter de manière explicite et plus convaincante les incertitudes dont nous parlons.

52La difficulté se situe aussi dans la complexité des objets enseignés eux-mêmes. Donner à voir les incertitudes implique pour l’enseignant de préciser où elles se trouvent, et une incertitude non clarifiée pourrait au contraire devenir confusion, puis inconfort ; celui de l’enseignant lui-même, mettant en lumière ses propres limites ; celui de l’élève perdant confiance en son professeur. Pour qu’une telle situation, finalement inévitable, soit bien vécue, il faudrait revisiter en profondeur la relation enseignant / enseigné, et proposer un nouveau cadre ou les fragilités des uns comme des autres seraient perçues comme des occasions de discussions fertiles, et non comme des fautes, des failles. Nous abordons ici le terrain important de la place du vécu émotionnel, des enseignants comme des élèves, et de sa contribution aux processus d’apprentissage.

53Devrait-on finalement considérer la maigre place de l’incertitude dans l’enseignement des sciences comme un état de fait regrettable mais inéluctable ? Ou au contraire, les explications évoquées ci-dessus nous offrent-elles, en creux, des solutions souhaitables et effectivement envisageables ? Notre penchant va vers cette seconde option. Un premier chantier consisterait à donner une place centrale à l’épistémologie dans l’enseignement des sciences et en amont dans la formation des enseignants. Les recherches en histoire des sciences peuvent être mobilisées dans cette action et elles offrent des entrées en matière fertiles, puisqu’elles mettent particulièrement en évidence le caractère théorique des « découvertes » scientifiques. Chaque sujet pourrait être l’occasion d’une mise en contexte, notamment sociale et historique. Notons qu’un tel exercice pourrait donner tout son sens à l’interdisciplinarité, un autre grand défi de l’enseignement. La distinction entre sciences fonctionnalistes et sciences historiques (à ne pas confondre ici avec l’histoire des sciences !) pourrait également constituer une bonne entrée en matière vers l’épistémologie (Paulin, et al., 2018, 2019). Reconnaissons ici un signe encourageant tangible : les derniers programmes mis en œuvre à la rentrée 2019 font davantage de place à l’épistémologie et à l’histoire des sciences. Il est question dans les textes officiels de comprendre comment un savoir scientifique se construit et dans quel contexte historique il a émergé. Le mouvement est enclenché et il y a lieu de s’en réjouir. Mais reste à former les enseignants de sciences, peu familiarisés avec les fondements épistémologiques de leurs disciplines.

54Quant aux travaux pratiques, qui constituent une part importante de l’enseignement des sciences du vivant et de la Terre, plusieurs solutions sont envisageables pour mieux les accorder à l’épistémologie de ces disciplines. La première, sans ambition réelle d’apprentissage, pourrait être nommée « Ne pas nuire » : elle consiste à réduire la diversité des sujets et à ne retenir que ceux pour lesquels l’analyse a montré une prise en charge (presque) suffisante de l’incertitude (ex. : le comptage des grains de sable, la datation d’une roche par la méthode radiochronologique…). Elle n’a évidemment pas notre faveur mais permettrait de limiter les conséquences fâcheuses. La seconde pourrait être nommée « Avertir » : prévenir l’élève, dans un énoncé lié à l’introduction, de toutes les zones d’incertitude présentes dans l’activité. Il pourrait préciser, par exemple, qu’un échantillon donné est estimé représentatif de sa catégorie dans le cadre de cette évaluation. Les incertitudes seraient ainsi rendues visibles à défaut d’être travaillées. La dernière possibilité, plus ambitieuse en termes d’apprentissage, serait de « travailler l’incertitude ». Cette stratégie consisterait à faire de la caractérisation de l’incertitude un objectif d’apprentissage en soi, et un attendu de ces activités pratiques. Elle pourrait donner lieu à des questions du type : « Vous préciserez les éléments d’incertitude présents dans cette activité et les moyens de leur prise en charge ». Placée avant la conclusion, une telle question pourrait avoir un réel effet incitateur sur la formation des élèves et des enseignants. Nous proposons également qu’une grille de lecture sur les précautions épistémologiques, dont nous avons parlées, soit mise à disposition des enseignants. Elle pourrait s’inspirer des marqueurs que nous avons mobilisés dans cette étude et que nous pensons pertinents pour aider au travail de préparation des travaux pratiques.

55Mais jusqu’où aller dans l’incertitude ? Faudrait-il questionner en classe la rotondité de la terre ? L’évolution des espèces ? Ou limiter une telle approche critique à des théories qui nous semblent aujourd’hui moins factuelles ? Il n’y a selon nous aucune limite à tracer. Apprendre à considérer la rotondité de la terre comme une construction théorique plutôt qu’un fait établi permettrait justement de montrer la force des constructions théoriques, qui peuvent tenir bon contre le bon sens d’une époque, contre l’évidence même. La rotondité de la terre, de même que la non-fixité des espèces ou la relativité du temps et de l’espace sont loin d’être des évidences. Ce sont d’abord des constructions mentales, nouvelles et révolutionnaires à leur naissance, ayant finalement pris une place centrale dans nos sociétés du fait de leur résistance à l’épreuve du doute. C’est le doute, et son expression ciblée, la critique, qui donne leur force aux théories scientifiques. Retirer l’incertitude, c’est retirer à la science son atout majeur face à d’autres formes de « connaissances » avec qui elle entre parfois en conflit frontal.

56Pas de démarcation infranchissable donc, entre des faits établis et des théories débattues, mais peut-être une limite dans la capacité des élèves, et notamment des plus jeunes à apprendre sans certitude. Serait-il pertinent, par exemple, d’enseigner à un enfant de trois ans que l’image sur la première page de son abécédaire est une représentation d’un avion, et non un avion ? Peut-être pas… La confusion entre l’objet et sa représentation, entre le modèle et la réalité, serait-elle une erreur inévitable, inhérente aux catégorisations abstraites du langage lui-même ? La distinction entre l’objet et sa représentation pourrait chez les plus jeunes constituer un frein à l’apprentissage, plutôt qu’un moteur. Cette question échappe à notre champ de compétence, mais il nous semble que la marge de manœuvre reste immense avant qu’elle ne devienne actuelle.