«La culture scientifique devrait demeurer une image abstraite
guidant la réforme de l'enseignement des sciences.»
M. Eisenhart (1996)
À la lumière de la vision de la culture scientifique et de la nécessité de développer cette culture au Canada, quatre principes de base ont été élaborés dans le contexte du présent Cadre. Les conceptrices et concepteurs de programmes d'études sont invités à noter que ces principes présentent quatre aspects critiques de la culture scientifique de l'élève. Ils reflètent le caractère global et les liens étroits qui caractérisent l'apprentissage et doivent être considérés interdépendants et complémentaires. Les résultats d'apprentissage du Cadre seront décrits en relation avec les principes de base qui suivent.
L'élève sera apte à mieux comprendre la nature des sciences et de la technologie, les interactions entre les sciences et la technologie et les contextes social et environnemental des sciences et de la technologie.
L'élève développera les habiletés requises pour la recherche scientifique et technologique, la résolution de problèmes, la communication de concepts et de résultats scientifiques, la collaboration et la prise de décisions éclairées.
L'élève construira des connaissances et une compréhension des concepts liés aux sciences de la vie, aux sciences physiques et aux sciences de la Terre et de l'espace, et appliquera sa compréhension à l'interprétation, l'intégration et l'élargissement de ses connaissances.
On encouragera l'élève à développer des attitudes favorisant l'acquisition de connaissances scientifiques et technologiques et leur application pour le bien commun de soi-même, de la société et de l'environnement.
«Il importe donc que les élèves apprennent qu'ils peuvent comprendre
l'environnement et agir sur lui grâce à leurs propres observations
et à leurs propres déductions, mais que cette démarche a des limites.
Ils doivent aussi savoir que les sciences constituent aussi un
mécanisme d'explication et de maîtrise qui, bien qu'il ait aussi
ses limites, possède un pouvoir explicatif particulier, et par
conséquent, a été accepté par la communauté scientifique et l'ensemble
de la collectivité.»
Conseil des sciences
du Canada (1984)
Les conceptrices et les concepteurs de programmes d'études sont priés de noter qu'on a tenu compte de certaines considérations liées à l'apprentissage par l'élève et à l'enseignement des sciences lors de l'élaboration du présent Cadre.
Apprentisasge par l'élève
L'apprentissage est influencé par les préconceptions personnelles et culturelles ainsi que les connaissances antérieures. L'élève apprend mieux lorsque l'étude des sciences est axée sur des activités concrètes, lorsqu'elle s'inscrit dans une situation ou un contexte particulier et lorsqu'elle est mise en application dans la vie de tous les jours. Les activités scientifiques sont donc menées dans un contexte socioculturel, sont interprétées dans ce contexte et sont conçues pour élargir et remettre en question les points de vue existants.
La compréhension et les idées développées par l'élève sont progressivement élargies et reconstruites au fur et à mesure qu'elle ou il fait des expériences et améliore sa capacité de conceptualiser ses expériences. L'apprentissage implique donc, d'une part, l'établissement de liens entre les savoirs nouveaux et les connaissances antérieures, et d'autre part, l'ajout de nouveaux contextes et de nouvelles expériences à ses acquis.
L'apprentissage se fait mieux lorsque l'élève repère et résout des problèmes. Ce genre d'apprentissage permet à l'élève de développer des attitudes, des habiletés et des connaissances qui lui permettent d'explorer des concepts et des problèmes de plus en plus complexes, surtout s'ils s'inscrivent dans un contexte significatif.
Enfin, c'est par l'intermédiaire de situations d'apprentissage diverses respectant une variété de styles d'apprentissage que tout élève apprend à comprendre le monde en développant des conceptions personnelles, en élaborant des images mentales et en communiquant à l'aide d'un français conventionnel.
Enseignement des sciences
Le présent Cadre est conçu pour aider l'élève à acquérir les attitudes, les habiletés et les connaissances dont elle et il a besoin pour résoudre des problèmes, prendre des décisions, et devenir une personne apte à continuer à apprendre tout au long de sa vie et à conserver un sens d'émerveillement face au monde qui l'entoure bref, acquérir une culture scientifique.
L'acquisition de cette culture scientifique s'appuie sur l'existence d'un milieu pédagogique favorisant chez l'élève le désir de réaliser des recherches scientifiques, de résoudre des problèmes et de prendre des décisions. Diverses expériences d'apprentissage consistent à concevoir des activités s'inscrivant dans des contextes significatifs. C'est grâce à de tels contextes que l'élève découvre la place des sciences dans sa vie et en arrive à apprécier les interactions qui existent entre les sciences, la technologie, la société et l'environnement.
Pour faciliter la planification de l'enseignement, des contextes pédagogiques (appelés «exemples servant à illustrer les résultats d'apprentissage») sont fournis dans la section où les résultats d'apprentissage sont présentés par année scolaire. Le choix d'un contexte particulier et la façon dont il sera développé varieront probablement en fonction de la situation locale; ils reflètent des facteurs tels que des connaissances antérieures de l'élève, la dynamique de la classe, la nature de l'environnement local et les ressources pédagogiques disponibles.
En dépit de ces variations, les contextes s'articuleront normalement autour des axes généraux suivants :
Description des principes de base
Les descriptions qui suivent donnent un aperçu de la profondeur et de l'étendue de chaque principe de base.
«(...) Il ne suffit pas de bien représenter une somme de connaissances
à un élève (de lui en dire plus, de les lui montrer mieux), pour
que ce dernier comprenne, mémorise et intègre spontanément. C'est
l'apprenant qui, seul, doit construire chaque bribe de savoir
en s'appuyant sur les outils qui lui sont disponibles, c'est-à-dire
sur ses idées et ses procédures de pensée.»
G. De Vecchi et A. Giordan (1990)
«La production du savoir scientifique est une entreprise essentiellement
collective : il n'y a pas de science idiosyncratique. Les modèles
et les solutions proposés sont soumis à l'évaluation des pairs
qui en apprécient la pertinence logique et expérimentale par rapport
au savoir établi.»
M. Larochelle et J. Désautels (1992)
L'élève sera apte à mieux comprendre la nature des sciences et de la technologie, les interactions entre les sciences et la technologie et les contextes social et environnemental des sciences et de la technologie.
Ce principe de base constitue le moteur même de ce Cadre. De nombreux résultats d'apprentissage présentés dans ce document découlent directement ou indirectement du domaine STSE.
Ce principe de base met l'accent sur trois dimensions importantes:
Nature des sciences et de la technologie
Les sciences constituent une activité humaine et sociale unique, ayant une longue histoire tissée par beaucoup de femmes et d'hommes issus de sociétés très diverses. Elles constituent également une façon de connaître l'Univers et reposent sur la curiosité, la créativité, l'imagination, l'intuition, l'exploration, l'observation et la capacité de reproduire des expériences, d'interpréter des résultats et de débattre ces résultats et la façon dont ils sont interprétés. L'activité scientifique fournit une base de connaissances et de théories utilisées pour prédire, interpréter et expliquer les phénomènes naturels et de conception humaine. Bon nombre de personnes expertes en histoire, en sociologie et en philosophie des sciences affirment qu'il n'y a pas qu'une seule méthode établie pour permettre de mener une recherche scientifique. Elles croient plutôt que les sciences sont dirigées par un ensemble de théories, de connaissances, d'expériences et de processus ancrés dans le monde physique. Les connaissances et théories scientifiques sont constamment mises à l'épreuve, modifiées et perfectionnées au fur et à mesure que de nouvelles connaissances et théories les remplacent. À travers l'histoire, plusieurs intervenantes et intervenants d'origines et de formations diverses ont débattu chaque nouvelle observation et hypothèse, remettant ainsi en question des connaissances scientifiques jusqu'alors acceptées. Ce débat scientifique se poursuit encore aujourd'hui, selon un jeu très élaboré de discussions théoriques, d'expériences, de pressions sociales, culturelles, économiques et politiques, d'opinions personnelles et de besoins de reconnaissance d'acceptation par des pairs.
Bien qu'il puisse y avoir des changements majeurs dans notre compréhension du monde lors de découvertes scientifiques révolutionnaires, une grande partie de cette compréhension résulte plutôt de l'accumulation constante et progressive de connaissances.
À l'instar des sciences, la technologie est une activité humaine créative dont la longue histoire est ancrée dans toutes les sociétés de la planète. La technologie se préoccupe principalement de proposer des solutions à des problèmes soulevés par l'adaptation des êtres humains à leur environnement. Les solutions possibles sont fort nombreuses, mais elles ont inévitablement beaucoup de conditions, de buts et de contraintes. La technologie se préoccupe principalement d'élaborer des solutions optimales présentant un équilibre entre les coûts et les avantages pour la société, l'économie et l'environnement.
Interactions entre les sciences et la technologie
Les sciences et la technologie ont des interactions importantes, mais elles comportent aussi d'importantes différences. En effet, les sciences se distinguent de la technologie par des buts et des démarches. La technologie est plus que l'application des sciences; elle puise dans bien d'autres disciplines pour résoudre des problèmes. Cependant, les sciences et la technologie ont, dans leur histoire, puisé l'une dans l'autre, et les liens qui les unissent sont inextricables.
En comprenant les interactions entre les sciences et la technologie, l'élève apprend à apprécier comment les sciences et la technologie interagissent, comment elles se développent dans un contexte social, comment elles sont utilisées pour améliorer la vie des gens et comment elles ont des implications sur l'élève elle-même ou lui-même, sur autrui, sur l'économie et sur l'environnement.
Contextes social et environnemental des sciences et de la technologie
L'histoire des sciences permet d'éclairer la nature de l'entreprise scientifique. En fait, le contexte historique sert par-dessus tout à rappeler comment les traditions culturelles et intellectuelles ont influencé les questions et les méthodologies scientifiques et comment, en retour, les sciences ont influencé le domaine plus large des idées.
De nos jours, la majorité des scientifiques travaillent dans le secteur privé et la recherche est plus souvent poussée par des besoins sociétaux et environnementaux que par le besoin de faire de la recherche fondamentale. Certaines solutions technologiques ont donné lieu à des problèmes sociaux et environnementaux. Ces questions font de plus en plus partie des programmes politiques. Le potentiel que représentent les sciences d'informer la prise de décision et d'habiliter les individus, les communautés et la société dans son ensemble à prendre ces décisions, est crucial si l'on veut fournir la culture scientifique nécessaire à une société démocratique.
«Les rapports entre les sciences, la technologie et la société
devraient être soulignés à chaque année d'enseignement, surtout
pour les élèves des dernières années du secondaire qui se préoccupent
d'importantes questions sociales liées aux sciences.»
J. Keeves et G.S. Aikenhead, dans B.J. Fraser et H.J. Walberg
(1995)
Les connaissances scientifiques sont nécessaires, mais elles ne suffisent pas par elles-mêmes à faire comprendre les interactions entre les sciences, la technologie, la société et l'environnement. Pour comprendre ces interactions, il est aussi essentiel de comprendre les valeurs inhérentes des sciences, de la technologie, d'une société particulière et de son environnement.
Au fur et à mesure que l'élève avance dans sa scolarité, elle ou il apprend à comprendre et à appliquer les interactions STSE dans des contextes de plus en plus exigeants. Au cours des premières années, une attention considérable est accordée à l'acquisition par l'élève d'une compréhension fonctionnelle de ces interactions; dans les années qui suivent, ces éléments sont davantage de nature conceptuelle. Le perfectionnement de la compréhension des interactions STSE peut comporter chacun des éléments suivants :
Pour chaque élève, le développement de sa compréhension des interactions STSE peut devancer ou prendre du retard par rapport à l'échéancier prévu par le Cadre, ce qui dépend en bonne partie de l'étape à laquelle se situe son développement cognitif et social.
L'élève développera les habiletés requises pour la recherche scientifique et technologique, la résolution de problèmes, la communication de concepts et de résultats scientifiques, la collaboration et la prise de décisions éclairées.
L'élève se sert de diverses habiletés pour répondre à des questions, résoudre des problèmes et prendre des décisions. Bien que ces habiletés ne soient pas l'apanage exclusif des sciences, elles jouent un rôle important dans l'évolution d'une compréhension des sciences et dans l'application des sciences et de la technologie à des situations nouvelles.
La présentation des habiletés ne doit pas être interprétée comme constituant une suite linéaire ou comme un ensemble unique d'habiletés exigées dans toutes les recherches scientifiques. Chaque recherche et chaque application des sciences possède des caractéristiques uniques qui déterminent la combinaison et la séquence des habiletés requises.
Les habiletés sont énumérées pour chaque ordre d'enseignement et pour chaque année scolaire. La plupart des habiletés de base reçoivent une attention considérable dans les premières années, tandis que certaines habiletés particulières sont développées et raffinées dans les années suivantes.
Le Cadre présente quatre domaines d'habiletés. Chaque groupe d'habiletés suit une évolution de la maternelle à la 12e année. Leur portée et la complexité de leur application augmentent progressivement.
Identification du problème et planification
Il s'agit là des habiletés d'interroger, de repérer les problèmes, d'élaborer des idées et des projets préliminaires.
Réalisation et enregistrement de données
Il s'agit là des habiletés de mener à bien un plan d'action, ce qui comprend la collecte de données par le biais de l'observation et, dans la plupart des cas, la manipulation d'objets, de substances, de matériaux et d'équipement.
Analyse et interprétation
Il s'agit là des habiletés d'examiner des renseignements et des données, de traiter et de présenter ces données afin de les interpréter, et enfin de faire l'interprétation, l'évaluation et l'application des résultats.
Communication et travail d'équipe
En sciences, comme dans d'autres domaines, les habiletés de communication sont indispensables à chaque étape d'élaboration, de mise à l'épreuve, d'interprétation, de débat et d'acceptation d'idées. Le développment de ces habiletés de communication est particulièrement important chez les jeunes francophones du Canada. Les habiletés de travailler en équipe sont également une composante importante, puisque l'élaboration et l'application d'idées scientifiques constituent un processus de collaboration aussi bien au sein de la société qu'à l'intérieur de la salle de classe.
«Il n'existe pas de plus grande contribution ou d'élément plus
essentiel pour les stratégies environnementales à long terme pour
un développement durable, respectueux de l'environnement [...],
que l'éducation des générations suivantes en matière d'environnement.»
UNESCO (1988)
«Les sciences constituent un processus créatif qui tente de découvrir
et de comprendre, et qui produit par le fait même des connaissances
[...]. Les sciences sont souvent vues comme étant à la fois un
produit et un processus.»
E.P. Hart (1987)
Alors que l'élève avance d'année scolaire en année scolaire, les habiletés acquises sont appliquées dans des contextes de plus en plus exigeants. Le perfectionnement des habiletés peut comporter chacun des éléments suivants :
Pour chaque élève, le développement d'habiletés précises pourrait devancer ou prendre du retard par rapport à l'échéancier prévu par le Cadre, ce qui dépend en bonne partie de l'étape à laquelle se situe son développement cognitif, physique et social.
Application d'habiletés dans un contexte donné
Il faudrait offrir à l'élève des occasions de développer et de faire évoluer ses habiletés et de les mettre en pratique dans divers contextes. Ces contextes sont liés à la composante STSE du Cadre par le biais de trois démarches d'application d'habiletés :
L'élève construira des connaissances et une compréhension des concepts liés aux sciences de la vie, aux sciences physiques et aux sciences de la Terre et de l'espace, et appliquera sa compréhension à l'interprétation, l'intégration et l'élargissement de ses connaissances.
Ce principe de base met en évidence le contenu des sciences et comprend notamment des théories, des modèles, des concepts et des principes essentiels à la compréhension de chaque domaine scientifique. Pour des raisons d'organisation, ce principe de base est fondé sur des disciplines scientifiques couramment acceptées.
Sciences de la vie
Les sciences de la vie se préoccupent de la croissance et des interactions des formes de vie dans leur environnement, de façon à refléter leur caractère unique, leur diversité, leur continuité génétique et leur nature changeante. Les sciences de la vie comprennent des domaines d'étude tels que les écosystèmes, la biodiversité, l'étude des organismes, l'étude de la cellule, la biochimie, le génie génétique et la biotechnologie.
Sciences physiques
Les sciences physiques, qui englobent la chimie et la physique, se préoccupent de la matière, de l'énergie et des forces. La matière a une structure et ses composantes ont des interactions entre elles. L'énergie relie la matière aux forces gravitationnelle, électromagnétique et nucléaire de l'univers. Les sciences physiques se préoccupent des lois de conservation de la masse et de l'énergie, de la quantité de mouvement, et la charge.
Sciences de la Terre et de l'espace
Les sciences de la Terre et de l'espace fournissent à l'élève des perspectives mondiales et universelles sur ses connaissances. La Terre, notre planète, a une forme, une structure et des régularités de changement, tout comme le Système Solaire qui nous entoure et l'Univers physique au delà de celui-ci. Les sciences de la Terre et de l'espace comprennent des domaines d'études comme la géologie, la météorologie et l'astronomie.
Établir des liens entre les disciplines scientifiques
Une bonne façon de créer des liens entre les disciplines scientifiques est d'avoir recours à des concepts unificateurs, des idées clés qui sous-tendent et relient entre elles différentes disciplines scientifiques et viennent ainsi en aide au personnel enseignant et à l'élève. Les concepts unificateurs permettent d'intégrer de grandes idées et aussi de fournir un contexte dans lequel on peut expliquer, organiser et établir des liens entre des connaissances. Les concepts unificateurs servent à relier entre elles les structures théoriques des diverses disciplines scientifiques et à démontrer leur parallélisme et leur cohérence. Ils constituent également des outils pédagogiques pouvant s'appliquer à de nombreuses disciplines, des mathématiques à la technologie en passant par les affaires et la politique.
Quatre concepts unificateurs ont été utilisés lors de l'élaboration du présent document. Ces concepts unificateurs, décrits à la page suivante, ont aidé à intégrer divers éléments de connaissances appartenant aux trois disciplines scientifiques. Il est fortement encouragé que les conceptrices et concepteurs de programmes d'études examinent quelques-uns des exemples servant à illustrer les résultats d'apprentissage qui mettent en évidence l'utilisation de ces concepts unificateurs.
Constance et changement
Les concepts de constance et de changement sous-tendent la plupart des connaissances sur le monde naturel et technologique. Grâce à l'observation, l'élève apprend que certaines caractéristiques des objets, des substances, des matériaux et des systèmes demeurent constantes au fil du temps (p.ex. : la vitesse de la lumière ou la charge d'un électron), tandis que d'autres changent. À l'aide d'études formelles et informelles, l'élève apprend à comprendre la nature des choses et des phénomènes ainsi que les conditions nécessaires au changement.
Énergie
La notion d'énergie est un outil conceptuel qui rassemble plusieurs connaissances liées aux sciences des phénomènes naturels, des objets, des substances et des matériaux et du processus de changement. L'énergie qu'elle soit transmise ou transformée est la force motrice à la fois du mouvement et du changement. L'élève apprend à décrire l'énergie par ses effets et à acquérir au fil du temps un concept de l'énergie comme un élément inhérent des substances et de leurs interactions.
Similarité et diversité
Les concepts de similarité et de diversité fournissent des outils permettant d'organiser nos expériences avec le monde. En commençant par des expériences informelles, l'élève apprend à reconnaître les divers attributs des objets, des substances ou des matériaux, d'êtres vivants ou des événements, ce qui lui permet d'en faire des distinctions utiles. Au fur et à mesure que s'élargissent ses connaissances, elle ou il apprend à se servir de procédures et de protocoles couramment acceptés pour décrire et classifier les objets qu'elle ou il rencontre, ce qui lui permet de partager ses idées avec autrui et de réfléchir à ses expériences.
Systèmes et interactions
Concevoir le tout en fonction de ses parties et, inversement, comprendre les parties en fonction du tout sont deux aspects importants de la compréhension et de l'interprétation du monde. Un système est une collection d'éléments qui interagissent les uns avec les autres; l'effet global de ces interactions est plus grand que celui des parties individuelles du système, souvent même quand elles sont considérées ensemble.
On encouragera l'élève à développer des attitudes favorisant l'acquisition de connaissances scientifiques et technologiques et leur application pour le bien commun de soi-même, de la société et de l'environnement.
Les attitudes se rapportent aux aspects généralisés de conduite qui sont transmis à l'élève par l'exemple et consolidés par l'approbation sélective. Les attitudes ne sont pas acquises de la même façon que le sont les habiletés et les connaissances. Elles ne peuvent être observées à un moment particulier, elles sont plutôt mises en évidence par des manifestations non sollicitées au fil du temps. Le développement des attitudes est un processus permanent auquel participent le foyer, l'école, la communauté et la société en général. Le développement d'attitudes positives joue un rôle important dans l'épanouissement de l'élève en raison de son interaction avec son développement intellectuel et une disposition à la mise en application responsable de ce qu'elle ou il apprend.
Ce principe de base met en évidence six façons différentes par lesquelles l'enseignement des sciences contribue au développement des attitudes. Ces dernières, organisées en énoncés ou indicateurs d'attitude, ont guidé l'élaboration des résultats d'apprentissage généraux. Elles ont en outre fourni des liens avec les principes de base se rapportant aux STSE et aux habiletés.
Appréciation des sciences
On encouragera l'élève à reconnaître le rôle et les contributions des sciences et de la technologie dans sa vie tout en ayant conscience de leurs limites et de leurs impacts. L'enseignement des sciences peut contribuer au développement des attitudes lorsqu'on encourage l'élève à examiner comment les sciences influencent son quotidien et celui des autres, à court et à long terme, afin d'en comprendre davantage la signification potentielle sur sa vie.
Intérêt envers les sciences
On encouragera l'élève à développer un enthousiasme et un intérêt permanents pour l'étude des sciences et ses applications. L'enseignement des sciences peut contribuer au développement des attitudes lorsque l'élève participe à des recherches et des activités scientifiques qui stimulent son intérêt et sa curiosité, augmentant ainsi sa motivation à apprendre et l'encourageant à s'intéresser à des carrières en sciences ou à la poursuite d'autres intérêts liés aux sciences.
Esprit scientifique
On encouragera l'élève à développer des attitudes qui l'incitent à poursuivre activement des recherches, la résolution de problèmes et la prise de décisions. L'enseignement des sciences peut contribuer au développement des attitudes lorsque l'élève profite d'occasions qui lui offrent la possibilité de développer, de renforcer et d'acquérir des attitudes encourageant la recherche scientifique, telles que l'ouverture d'esprit et la flexibilité, la pensée critique et le respect des données, l'initiative et la persévérance, et la créativité et l'imagination.
Collaboration
On encouragera l'élève à développer des attitudes appuyant le travail en collaboration. L'enseignement des sciences peut contribuer au développement des attitudes lorsque l'élève a l'occasion de travailler en groupe et sur des problèmes du quotidien. L'élève développe ainsi un sens des responsabilités à l'égard d'autrui et une ouverture d'esprit face à la diversité, en appréciant à leur juste valeur des perspectives multiples, ainsi que les efforts et la contribution d'autres personnes.
Prise en charge
On encouragera l'élève à développer une responsabilité dans l'application des sciences et de la technologie par rapport à la société et à l'environnement naturel. L'enseignement des sciences peut contribuer au développement des attitudes lorsque l'élève participe à des activités qui encouragent la responsabilité envers les êtres vivants et l'environnement. Il en est de même lorsque l'élève est invité à considérer, selon différentes perspectives, les problèmes de durabilité.
Sécurité
On encouragera l'élève à démontrer qu'elle ou il se préoccupe de la sécurité dans des situations où entrent en jeu les sciences et la technologie. L'enseignement des sciences peut contribuer au développement des attitudes lorsqu'on encourage l'élève à évaluer et gérer les dangers potentiels et à utiliser des mesures de sécurité, ce qui lui permet d'acquérir une attitude positive à l'égard de la sécurité.
«Les citoyennes et citoyens d'une communauté qui possèdent généralement
les savoirs de base [...] sont en mesure de développer des philosophies
de vie qui les satisfont, de prévoir leur vie de manière efficace,
de contribuer de façon démocratique à l'établissement de politiques
à tous les niveaux, d'appliquer leurs études à leur quotidien
et de contribuer à leur épanouissement personnel et à un développement
économique, humain et social viable.»
G.R. Meyer (1995)
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