nuit : étude du développement des connaissances chez l’enfant français et comparaison de méthodes

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Psychologie française 54 (2009) 153–171

Article original

Le cycle journée/nuit : étude du développement des connaissances chez l’enfant franc¸ais et comparaison de méthodes The night and day cycle: Knowledge development for French children and methodological comparison V. Frède ∗ , B. Troadec , S. Frappart Octogone-ECCD, pavillon de la Recherche, université de Toulouse Le-Mirail, 5, allées Antonio-Machado, 31058 Toulouse cedex 1, France

Résumé Le développement des connaissances à propos du cycle journée/nuit au cours de l’ontogenèse est étudié en comparant deux approches théoriques et méthodologiques concurrentes auprès de 178 enfants d’école élémentaire (six à sept ans, huit à neuf ans et dix à 11 ans). Nous faisons l’hypothèse que la dimension du support (2D ou 3D), le type de questionnaire (ouvert ou fermé) et l’âge de l’enfant ont un effet sur le nombre de réponses scientifiques et la cohérence entre les réponses. Les résultats montrent que l’acquisition des connaissances à propos du cycle journée/nuit s’effectue progressivement au cours de l’ontogenèse et que la méthode utilisée influe significativement sur le nombre de réponses scientifiques. En effet, le modèle héliocentrique est minoritaire lorsque les enfants sont interrogés avec des questions ouvertes (seulement 31 % des enfants le proposent). À l’inverse 76 % des enfants se placent dans la perspective héliocentrique lorsqu’ils sont interrogés avec des questions fermées. La dimension du support (2D/3D) n’a aucun effet. © 2009 Société franc¸aise de psychologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Cycle journée/nuit ; Comparaison de méthodes ; École élémentaire

Abstract The aim of this work is to study the knowledge development process about night and day cycle during ontogeny, by comparing two diverging theoretical and methodological approaches, on 178 elementary school children (6–7 years old, 8–9 years old and 10–11 years old). We hypothesis that the dimension (2D/3D) of the representation, the question type (open versus forced choice) and the age of the student have an effect

∗

Auteur correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (V. Frède).

0033-2984/$ – see front matter © 2009 Société franc¸aise de psychologie. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

doi:10.1016/j.psfr.2009.01.002

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on the amount of correct answers and on the coherence between the answers. The results show that the knowledge acquisition process regarding night and day cycle follows a gradual path during ontogeny and that the method used has a significant effect on the number of correct answers given by the children. Indeed, heliocentric model is given minority when children are asked with open questions (only 31% of the children). On the contrary 76% of them choose the heliocentric perspective when asked with forced-choice questions. The support’s dimension (2D/3D) has no effect. © 2009 Société franc¸aise de psychologie. Published by Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Keywords: Night and day cycle; Method comparison; Elementary school

1. Introduction Diverses études sur la nature des conceptions scientifiques chez l’enfant, en vue de comprendre les processus d’acquisition de connaissances, ont mis en évidence que des conceptions alternatives aux conceptions scientifiques sont très répandues et persistantes. Il ressort de ces études que les enfants ne sont pas complètement « vides » au moment où ils sont confrontés aux théories scientifiques. Ils possèdent déjà un savoir initial, pouvant être décrit par deux théories différentes : « la physique intuitive » et « la théorie naïve ». Le modèle de « la physique intuitive », développé notamment par Di Sessa (1988, 1993), postule que les enfants ne présentent aucune structure théorique cohérente initiale. Leurs structures conceptuelles consistent en une collection de principes phénoménologiques indépendants provenant d’interprétations et d’abstractions minimales de la réalité. Au cours du temps, les enfants construisent divers principes simples qui ne sont pas nécessairement reliés entre eux de manière consistante. De ce point de vue, le processus d’acquisition des connaissances est une accumulation graduelle et une (ré)organisation des principes initiaux sous la forme de structures de plus en plus complexes, jusqu’à ce qu’elles coïncident avec les conceptions scientifiques. À l’inverse, le modèle de « la théorie naïve » postule que les enfants possèdent déjà des principes de base organisés sous forme de théories dans des domaines spécifiques. Le savoir initial des enfants est alors constitué d’un ensemble cohérent d’idées qui fournit un cadre explicatif du monde physique. Ce savoir initial, pouvant être inné, conditionne le processus ultérieur d’acquisition des connaissances scientifiques, surtout lorsqu’elles sont contre-intuitives. On trouve deux principales conceptualisations du processus développemental : l’enrichissement des structures initiales (Spelke, 1991) ou le remplacement d’une théorie par une autre (Carey, 1991). Ces considérations théoriques au sujet du savoir initial et de l’acquisition des connaissances apparaissent dans divers domaines, comme par exemple, le son et la chaleur (Mazens et Lautrey, 2000 ; Lautrey et Mazens, 2004), les mathématiques (Vamvakoussi et Vosniadou, 2004), ou l’astronomie (Vosniadou et Brewer, 1992 ; Siegal et al., 2004). Il a été montré que les jeunes enfants peuvent construire leurs propres théories naïves en physique (par exemple, McCloskey, 1983), en biologie (par exemple, Hatano et Inagaki, 1994 ; Slaughter et al., 1999) mais aussi à propos de l’esprit (par exemple, Wellman, 1990). Cependant, concernant l’astronomie (la forme de la Terre ou le cycle journée/nuit), les conclusions font encore débat. En effet, la plupart du temps, les concepts interrogés peuvent bénéficier d’une expérience directe qui facilite les changements conceptuels. Lorsque cette expérience directe n’est pas possible, l’acceptation d’une croyance repose sur les informations que rec¸oit l’enfant via les adultes, les médias, etc., aux-

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quels ils font plus ou moins confiance. Harris (2007), Harris et al. (2007), Harris et Koenig (2006), Harris et al. (2006), montrent que la croyance en l’existence d’entités invisibles, tels les microbes et l’oxygène, ou bien encore celle d’êtres particuliers, tels Dieu, le Père Noël, les anges et les sorcières, repose sur la confiance que les enfants ont dans le témoignage d’autrui. Par ailleurs, cette confiance varie selon le type d’entité. Pour ce qui est de la Terre, du soleil et de la lune, il est toutefois possible d’en faire l’observation directe. Au sujet de l’astronomie, le débat actuel porte alors sur le rôle que pourrait avoir un savoir initial de l’enfant, s’il y en a un, sur l’acquisition ultérieure de connaissances scientifiques, quant à elles, notablement contreintuitives. Peu d’études se sont intéressées à l’acquisition des connaissances contre-intuitives. C’est pourtant le cas de la plupart des concepts d’astronomie où aucune expérimentation directe n’est envisageable. En effet, ces concepts sont difficiles à acquérir dans la mesure où la réalité qui relève du domaine diffère fortement de la réalité issue de l’expérience quotidienne. Si les études portant sur la forme de la Terre se sont développées récemment (Vosniadou et Brewer, 1992 ; Vosniadou et al., 2004 ; Nobes et al., 2003 ; Siegal et al., 2004 ; Nobes et al., 2005 ; Panagiotaki et al., 2006a, 2006b), peu d’études au sujet du cycle journée/nuit ont été menées (Vosniadou et Brewer, 1994 ; Siegal et al., 2004) et aucune à notre connaissance chez l’enfant franc¸ais. Il est donc pertinent de s’interroger sur la nature et le développement des connaissances dans ce contexte particulier peu étudié où la transmission culturelle semble jouer un rôle primordial face à l’expérience. Notre intérêt porte à la fois sur la caractérisation de ces connaissances d’un point de vue développemental mais aussi d’un point de vue méthodologique. Nous allons tout d’abord présenter le contexte dans lequel se situe le débat au point de vue théorique et méthodologique puis nous décrirons l’étude comparative réalisée auprès de 178 enfants d’école élémentaire en vue de caractériser leurs connaissances au sujet du cycle journée/nuit. 1.1. Débats théoriques au sujet de l’acquisition et de l’organisation des connaissances en astronomie chez l’enfant On distingue aujourd’hui deux grands courants majoritaires en psychologie qui s’opposent : la théorie des modèles mentaux et la théorie des savoirs fragmentés, à propos du domaine de connaissances qu’est l’astronomie. La théorie des modèles mentaux développée pour l’astronomie par Vosniadou et al. (Samarapungavan et al., 1996 ; Vosniadou et Brewer, 1992, 1994 ; Vosniadou et al., 2004) est dans la lignée de la théorie naïve. Elle propose une organisation des connaissances sous forme de modèles mentaux que les enfants créent lorsqu’ils sont interrogés ou confrontés à un problème (Johnson-Laird, 1993). Les modèles mentaux sont définis comme des structures dynamiques cohérentes contraintes par un certain nombre de présupposés (par exemple : « la Terre est plate »). Ils sont principalement construits par les enfants à partir de leurs observations quotidiennes et d’un processus de transmission culturelle. Ils sont regroupés en trois grandes catégories : les modèles initiaux, les modèles synthétiques et les modèles scientifiques. Les modèles synthétiques résultent de la transformation des modèles initiaux sous l’effet de l’exposition à des informations culturelles scientifiques. Ainsi, un modèle synthétique a l’avantage de lier les croyances initiales de l’enfant, selon lesquelles par exemple la Terre est plate, avec les faits scientifiques, selon lesquels la Terre est sphérique, sans les contredire. Concernant la forme de la Terre, Vosniadou et Brewer ont mené, en 1992, une étude développementale auprès d’enfants d’école élémentaire dans laquelle ils ont identifié différents modèles initiaux de la Terre (Terre plate, rectangulaire ou circulaire), plusieurs modèles synthétiques (Terre creuse, Terre aplatie, double Terre), un modèle scientifique (Terre sphérique).

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De la même fac¸on, Vosniadou et Brewer (1994) ont recueilli les conceptions des enfants américains d’école élémentaire à propos de l’alternance journée/nuit. Ils ont observé que l’incohérence apparente des réponses des enfants pouvait être expliquée par l’existence d’un nombre fini et limité de modèles mentaux cohérents. Ils ont réparti ces modèles en modèles initiaux (par exemple, il fait nuit car le soleil est occulté par un nuage ou le soleil part au loin dans l’espace. . .), synthétiques (le soleil tourne autour de la Terre en 24 heures ou la Terre tourne autour du soleil en 24 heures. . .) et scientifique (l’alternance journée/nuit résulte de la rotation de la Terre sur elle-même). Le second courant théorique est celui des savoirs fragmentés, issu des travaux de la physique intuitive et développé dans le domaine de l’astronomie par Nobes et al. (2003) et Siegal et al. (2004). Dans ce cadre, l’acquisition des connaissances s’effectue sous forme d’une accumulation de fragments de connaissances, sans lien entre eux, au fur et à mesure que l’enfant est exposé à des informations culturelles et sous l’effet de la scolarisation. Cet enrichissement graduel mène peu à peu à la connaissance scientifique et est facilité par l’utilisation d’artefacts culturels incluant le langage ou différents outils (livres, globes. . .) (Schoultz et al., 2001). Ainsi l’existence même des modèles mentaux est remise en cause par cette théorie. En effet, à partir de mesures de la cohérence entre les réponses des enfants (indicateur de modèle mental cohérent), aucune preuve de l’existence de modèles mentaux synthétiques au sujet de la forme de la Terre n’a été retrouvée par ces auteurs. Des études tentant de démontrer la validité de la théorie des savoirs fragmentés et les limites de la théorie des modèles mentaux ont récemment été publiées à propos de la forme de la Terre (Nobes et al., 2005 ; Panagiotaki et al., 2006a, 2006b ; Straatemeier et al., 2008) où des comparaisons méthodologiques ont été explicitement testées. Par exemple, Nobes et Panagiotaki (sous presse) ont utilisé les questions originales de Vosniadou et Brewer (1992) et ont mis en évidence que 25 % des adultes anglais interrogés présentaient un modèle synthétique de la Terre, alors qu’avec ces mêmes questions, mais reformulées, aucun modèle initial ou synthétique n’était retrouvé. 1.2. Les débats théoriques en lien étroit avec les débats méthodologiques Les débats entre les deux approches théoriques exposées se basent principalement sur des méthodologies différentes. En effet, d’un côté, les études ayant mis en évidence l’existence de modèles mentaux, utilisent des questionnaires ouverts (tâche de rappel) et des tâches de production de dessin (Vosniadou et Brewer, 1992, 1994) ou des tâches de production de modèles en pâte à modeler (Vosniadou et al., 2004). De l’autre côté, l’approche basée sur la théorie des savoirs fragmentés préfère l’utilisation d’un questionnaire fermé avec un choix fini de réponses (tâches de reconnaissance) et des tâches de sélection de modèles en trois dimensions (Siegal et al., 2004). Chaque courant théorique a critiqué l’autre au sujet de sa méthodologie, d’un côté il a été avancé que les enfants avaient des compétences limitées en dessin et que leur dessin ne reflétait pas forcément leur vision de la Terre (Siegal et al., 2004). Il a été de plus avancé que les tâches de reconnaissance étaient plus accessibles que les tâches de rappel. Enfin, la méthodologie qualitative inductive utilisée par Vosniadou pour définir les modèles mentaux a été critiquée en faveur de méthodes statistiques quantitatives (Straatemeier et al., 2008). De l’autre côté, il a été avancé que les questionnaires fermés surestimaient la proportion de bonnes réponses simplement parce qu’ils présentaient la bonne réponse (Vosniadou et al., 2004) permettant aux enfants de la reconnaître sans réussir à la produire par eux-mêmes et qu’ils tendaient à détruire la consistance interne entre les réponses. En effet, Vosniadou et al. (2004) ont observé que les modèles scientifiques étaient plus fréquents avec un questionnaire fermé. Des modèles mixtes apparaissaient également plus fréquemment avec ce type de questionnaire, indiquant ainsi qu’on obtenait plus de cohérence

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entre les réponses des enfants avec un questionnaire ouvert (c’est-à-dire, pour eux, davantage de modèles mentaux initiaux, synthétiques et scientifiques). En effet, les questionnaires fermés proposant un choix fini de réponses, pouvaient alors masquer l’existence de modèles synthétiques (Vosniadou et al., 2004). Plusieurs études récentes ont essayé de faire varier les différents facteurs pour comprendre d’où venaient exactement les différences de résultats. Par exemple, Martin (2006) a comparé la méthode de production de dessins avec la méthode de sélection de modèles en trois dimensions en utilisant des questions ouvertes dans les deux cas. Il a trouvé que les enfants de six ans avaient des réponses qualitativement différentes selon la condition. Panagiotaki et al. (2006a) ont regardé simultanément l’influence du questionnaire (ouvert versus fermé) et de la dimension (production de dessin versus sélection de modèle en 3D) auprès d’enfants de six ans à propos de la forme de la Terre. Ils ont observé davantage de réponses scientifiques dans la condition « questionnaire fermé et sélection modèle » que dans la condition « questionnaire ouvert et production dessin ». 1.3. Le cycle journée/nuit À notre connaissance, deux études seulement ont testé de manière comparative les réponses obtenues au sujet du cycle journée/nuit (Siegal et al., 2004 ; Vosniadou et al., 2004). Siegal et al. (2004) ont comparé cinq questions ouvertes relatives au cycle journée/nuit à trois questions fermées correspondantes auprès d’un échantillon de 45 enfants australiens âgés de quatre à neuf ans. Ils ont montré que les réponses, données sous forme ouverte, étaient principalement de nature géocentrique. Par exemple, concernant la localisation du soleil la nuit, les réponses les plus fréquentes étaient : « la nuit, le soleil est derrière les nuages ». Bien que 78 % des enfants affirmaient correctement que « la Terre bouge », ils étaient également 55 % à dire que « le soleil bouge ». Seulement 22 % des enfants proposaient spontanément la rotation de la Terre sur ellemême comme explication du cycle journée/nuit la première fois que cette question leur était posée, puis 31 % la seconde fois en fin de questionnaire. À l’inverse, lorsque les questions étaient posées sous une forme fermée, les réponses devenaient majoritairement héliocentriques. En effet, 35 réponses obtenues sur 45 (soit environ 78 %) à la question relative à la localisation du soleil, étaient de nature héliocentrique. Concernant les mouvements des corps pour expliquer le cycle journée/nuit (Terre qui bouge ou soleil qui bouge), 76 % des enfants choisissaient la réponse attendue. Dans un second temps, la cohérence entre les réponses de chaque enfant a été comparée en choisissant trois questions de chaque questionnaire. Les résultats ont montré que 67 % des enfants avaient donné trois réponses correctes lorsqu’ils étaient interrogés avec le questionnaire fermé. À l’inverse seulement 31 % des enfants interrogés avaient les trois réponses correctes dans la condition du questionnaire ouvert. Siegal et al. (2004) ont conclu que le questionnaire ouvert sous-estimait les connaissances des enfants et ont également soulevé le problème de l’utilisation de dessins. Vosniadou et al. (2004), ont répondu à ces critiques en utilisant une modélisation en 3D et en proposant six questions au sujet du cycle journée/nuit, dont trois en référence au soleil et trois questions en référence à la lune, posées chacune sous forme fermée et ouverte. Leurs résultats ont montré que 22 % des enfants répondaient de manière scientifique lorsqu’ils étaient interrogés avec le questionnaire ouvert contre 76 % lorsqu’ils étaient interrogés avec le questionnaire fermé. Ils ont conclu alors que les questionnaires fermés biaisaient les réponses car ils montraient la bonne réponse et donc que le questionnaire fermé surestimait les connaissances des enfants. On peut mettre en évidence un certain nombre de limites à ces deux études qui justifient notre recherche :

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• dans le cas du questionnaire fermé, dans les deux études, il est demandé à l’enfant de raisonner à partir d’un modèle de Terre sphérique imposé quelle que soit sa représentation initiale de la forme de la Terre. Or, comme l’ont montré Vosniadou et Brewer (1994), sa conception du cycle journée/nuit peut être influencée par son modèle de Terre ; • aucune de ces études ne teste simultanément l’ensemble des conditions méthodologiques dans le cadre du cycle journée/nuit : questionnaire ouvert/fermé et conditions 2D/3D ; • les analyses restent descriptives et aucun score indiquant un niveau de connaissance à comparer statistiquement n’est calculé. En effet, dans l’étude de Vosniadou et al. (2004), même si une comparaison quantitative est effectuée pour conclure que le questionnaire fermé produit plus de bonnes réponses que le questionnaire ouvert, le codage appliqué est problématique. En effet, il est donné 2 points si la réponse est scientifique, 1 point si elle est synthétique et 0 si elle est initiale. Or, ce codage ne peut être appliqué au questionnaire fermé où seules des réponses scientifiques ou initiales peuvent être données ; • les conclusions données par Vosniadou et al. (2004) se basent sur des interprétations de réponses nécessairement erronées car deux des questions relatives à la lune sont mal posées. En effet, page 25, il est écrit : « Comme attendu, quasiment tous les enfants savent que quand le soleil brille c’est la journée et quand la lune brille c’est la nuit ». Cette interprétation est maladroite ou insuffisamment justifiée par les auteurs puisque la lune peut être visible indifféremment la journée ou la nuit depuis la surface de la Terre. Ainsi les questions posées à propos de la lune (par exemple : « Quand la lune brille de ce côté, est ce le jour ou la nuit de l’autre ») ne proposent pas d’alternative contenant la réponse scientifique ; • aucun test de fragmentation versus cohérence n’a été effectué pour le cycle journée/nuit. Or la caractérisation de la nature des connaissances (plutôt fragmentées ou cohérentes) a des conséquences fondamentales pour l’enseignement et l’étude des changements conceptuels. D’un côté, si la fragmentation domine, il conviendra de permettre aux enfants d’enrichir et d’organiser leurs fragments de connaissances pour atteindre la connaissance scientifique, de l’autre côté, si la cohérence domine, l’abandon de présupposés et une restructuration radicale des connaissances seront nécessaires. 2. La présente étude L’objectif principal de l’étude est de s’intéresser au développement des connaissances contreintuitives à propos du cycle journée/nuit au cours de l’ontogenèse en lien avec différents paramètres méthodologiques. Il s’agit de comparer les résultats obtenus à partir des deux questionnaires (Vosniadou et al., 2004 et Siegal et al., 2004) dans une perspective développementale et dans un contexte culturel nouveau : la France. Nous proposons plus exactement de tester l’effet croisé des différentes variables en jeu (questionnaire et dimension) au sujet du cycle journée/nuit. Pour cela nous avons utilisé les questions originales issues des questionnaires (Vosniadou et Brewer, 1994 ; Vosniadou et al., 2004 ; Siegal et al., 2004) en les reformulant légèrement et en éliminant les questions erronées. Aucune question relative à la localisation de la lune, la nuit ou la journée, n’a été gardée. Pour comparer le niveau de connaissance scientifique d’un questionnaire à l’autre, le codage a été choisi de manière indépendante de la méthode employée. Enfin, pour la première fois, la cohérence entre les réponses, selon le type de questionnaire a été mesurée et comparée, dans le cadre du cycle journée/nuit. Le premier point à l’étude concerne l’« influence du questionnaire sur la validité de la réponse donnée ainsi que sur la cohérence entre les réponses ». Nous faisons l’hypothèse que le questionnaire fermé induira plus de réponses correctes (scientifiques) et plus de cohérence scientifique que le questionnaire ouvert car il réduit l’ambigüité des ques-

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tions ouvertes. En effet, Nobes et Panagiotaki (sous presse) ont testé l’effet de la reformulation des questions ouvertes de Vosniadou et Brewer (1992), à propos de la forme de la Terre, auprès d’un public d’enfants et d’adultes. Ils ont montré que le nombre de réponses scientifiques et la cohérence scientifique augmentaient considérablement lorsque les questions étaient reformulées. Nous évaluerons également l’« influence de la dimension (2D/3D) sur les réponses ». Nous pensons que les tâches 3D conduiront à davantage de réponses correctes que les tâches 2D car les représentations en trois dimensions sont plus proches de la réalité en lien avec les artefacts culturels considérés comme modélisant le mieux la Terre, tel le globe terrestre. De plus, il a été montré que les enfants avaient des difficultés à dessiner un objet en trois dimensions sur un support en deux dimensions et ainsi que les résultats obtenus à partir d’un raisonnement sur un modèle en deux dimensions pouvaient être biaisés et non scientifiques (Siegal et al., 2004). Enfin, nous évaluerons « l’effet de l’âge sur l’acquisition des connaissances au sujet du cycle journée/nuit ». Nous faisons l’hypothèse qu’un effet développemental global sera présent entre les différents niveaux et principalement entre les six à sept ans (CP) et les huit à neuf ans (CE2) et entre les CP et les CM2 car l’enseignement de l’astronomie débute au CE2 en France avec l’étude de la Terre et des mouvements apparents du soleil, liés au cycle journée/nuit. De plus, nous basons notre hypothèse sur l’étude de Frappart (2006) et Frappart et al. (sous presse) qui retrouvent ce même type d’effet (entre les CP et les autres niveaux) chez l’enfant franc¸ais lorsqu’il est interrogé, à propos de la forme de la Terre, à partir d’un questionnaire fermé. 3. Méthode 3.1. Participants L’échantillon se compose de 178 enfants issus de deux écoles élémentaires du sud de la France. Les enfants ont été partagés en quatre groupes équivalents : un groupe a répondu à un questionnaire fermé en utilisant une modélisation en deux dimensions (QF 2D), un groupe a répondu à un questionnaire fermé en utilisant une modélisation en trois dimensions (QF 3D). De la même fac¸on, dans la condition du questionnaire ouvert, un groupe a utilisé une représentation en deux dimensions (QO 2D) tandis que l’autre une représentation en trois dimensions (QO 3D). De plus, trois groupes d’âge différents ont été choisis : six à sept ans, CP ; huit à neuf ans, CE2 et dix à 11 ans, CM2). Il n’y a pas de différence significative entre les âges moyens des différents groupes (Tableau 1) et le nombre de filles et de garc¸ons est équivalent. 3.2. Matériel Nous avons utilisé une version légèrement adaptée des questionnaires de Vosniadou et Brewer (1994), Vosniadou et al. (2004) et Siegal et al. (2004) (annexe A). Huit questions à propos du cycle journée/nuit ont été sélectionnées, quatre sont posées sous forme ouverte et quatre comparables sont posées sous forme fermée. Une étude pilote a mis en évidence que, dans le cadre du questionnaire fermé, il n’était pas possible d’utiliser les questions telles quelles car elles n’étaient pas comprises par les enfants de CP. En effet, les questions semblaient trop longues et certains enfants n’arrivaient pas à mémoriser l’ensemble de la phrase. Ainsi par exemple, la question originale « Certains enfants disent que le jour apparaît car le soleil se couche devant une partie de la Terre et se lève pour briller devant une autre partie. D’autres enfants disent que le jour apparaît car la Terre tourne et donc le soleil ne brille que devant une partie de la Terre à la fois. Qu’en penses-tu ? » a été remplacée par deux propositions indépendantes : « Certains enfants

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Tableau 1 Répartition des enfants dans les groupes. CP

CE2

CM2

QO 2D N = 48

n = 15 Mâge = 81 mois (ET = 3,7 mois)

n = 16 Mâge = 106,38 mois (ET = 5,4 mois)

n = 17 Mâge = 128,71 mois (ET = 3,5 mois)

QO 3D N = 46

n = 14 Mâge = 80 mois (ET = 3,7 mois)

n = 16 Mâge = 104,75 mois (ET = 4,5 mois)

n = 16 Mâge = 128,75 mois (ET = 3,5 mois)

QF 2D N = 43

n = 16 Mâge = 78,75 mois (ET = 3,1 mois)

n = 13 Mâge = 106,08 mois (ET = 7 mois)

n = 14 Mâge = 129,43 mois (ET = 7,3 mois)

QF 3D N = 41

n = 14 Mâge = 77,71 mois (ET = 3,5 mois)

n = 14 Mâge = 102,5 mois (ET = 6,17 mois)

n = 13 Mâge = 127,15 mois (ET = 5,65 mois)

n : effectif ; Mâge : âges moyens ; ET : écart type.

disent que le jour apparaît parce que le soleil se déplace et se lève devant une partie de la Terre. Es-tu d’accord ou pas d’accord ? D’autres enfants disent que, comme la Terre tourne, le soleil ne brille que devant une partie de la Terre à la fois. Es-tu d’accord ou pas d’accord ? ». Concernant le questionnaire ouvert, nous avons sélectionné uniquement quatre questions relatives au cycle journée/nuit du questionnaire d’origine de Vosniadou et Brewer (1994). Celles-ci n’ont pas été reformulées (annexe A). Chaque questionnaire est étudié suivant deux dimensions différentes : 2D et 3D. Plus précisément lors des entretiens, il a été préalablement demandé à l’enfant de produire un modèle de la Terre (par un dessin [2D] ou à l’aide de pâte à modeler [3D]) pour les questions ouvertes ou de choisir parmi un ensemble de dessins ou de modèles prédéfinis de la Terre dans la condition fermée (ces modèles ont été choisis similaires à ceux utilisés par Vosniadou et al. (2004) et Siegal et al. (2004)). Puis afin de poursuivre le questionnaire, à propos du cycle journée/nuit il lui était proposé de dessiner le soleil (si la modalité était en 2D) ou bien de réaliser un modèle du soleil en pâte à modeler (3D) dans le cadre du questionnaire ouvert. Concernant le questionnaire fermé on proposait d’utiliser soit une représentation 2D du soleil (disque jaune), soit une sphère jaune pour la 3D. De la même fac¸on la lune était représentée par un disque gris clair (2D) ou une balle blanche (3D). L’enfant gardait son propre modèle ou dessin de la Terre tout au long du questionnaire. 3.3. Procédure et codage des données Les enfants ont été interrogés individuellement dans leur école après consentement des parents. Tous les protocoles ont été analysés par deux juges indépendants. Tout désaccord a ensuite été discuté jusqu’à ce qu’un accord soit trouvé. Pour le questionnaire ouvert, le codage a été réalisé à partir des différentes réponses des enfants, en formant plusieurs catégories de réponses. Concernant le questionnaire fermé, le codage a été immédiat : réponses scientifique ou initiale. Les réponses à chaque questionnaire ont été analysées de trois fac¸ons : • fréquence de chaque type de réponses pour chaque question ;

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• calcul d’un score afin de mesurer le niveau de connaissance scientifique. Pour chaque question, un score de 2 est donné si la réponse est scientifique, 1 pour toute autre réponse ; • étude de cohérence. Nous avons utilisé le même type de classification que Siegal et al. (2004) ont utilisé dans le cadre de la forme de la Terre, appliqué ici pour la première fois au cycle journée/nuit. Plus précisément, un enfant est déclaré cohérent avec le modèle scientifique du cycle journée/nuit s’il a quatre réponses scientifiques sur quatre : il est dit alors « héliocentrique ». De la même fac¸on, il sera déclaré cohérent « géocentrique » s’il a quatre réponses intuitives sur quatre. Les autres associations de réponses sont fragmentées et il sera dit « plutôt héliocentrique » s’il a trois réponses scientifiques ou deux réponses scientifiques et au moins une réponse « je ne sais pas ». Il sera « plutôt géocentrique » s’il a trois réponses intuitives ou deux réponses intuitives et au moins une réponse « je ne sais pas ». Enfin, un enfant sera déclaré « mixte » s’il a exactement deux réponses scientifiques et deux réponses intuitives. 4. Résultats 4.1. Description des types de réponses et pourcentages associés en fonction du questionnaire 4.1.1. Questionnaire ouvert Le Tableau 2 présente pour le questionnaire ouvert les pourcentages globaux de réponses. On peut remarquer que les réponses impliquant un mouvement de la Terre pour rendre compte de l’alternance journée/nuit (QO2) ou pour expliquer le cycle journée/nuit (QO3) sont plutôt caractéristiques des élèves de CE2 (50 % et 37,5 % respectivement) et CM2 (60,6 % et 45,5 % respectivement), tandis que les réponses invoquant un soleil caché ou occulté pendant la journée sont plutôt caractéristiques des élèves de CP (37,8 % pour QO2). De la même fac¸on pour 44,9 % des élèves de CP, « la journée remplace la nuit » (sans autre précision QO3). Pour les CE2 et CM2 un soleil et une lune diamétralement opposés et tournant autour de la Terre est le modèle dynamique erroné dominant (12,5 % au CE2 ; 12,1 % au CM2). À la question concernant la lune (QO4), 48,3 % des CP pensent que la lune est statique et qu’elle est là pendant la journée, mais cachée ; tandis que les CE2 et CM2 prétendent, à tort, que le soleil remplace la lune sans réussir à fournir d’explication dynamique du phénomène (31,2 % et 57,6 % respectivement). Enfin il est intéressant de noter que très peu d’enfants y compris en CM2 comprennent que la lune n’est pas systématiquement associée à la nuit (ils sont environ 3,5 % en CP, 12,5 % en CE2 et 9 % en CM2) et utilisent donc un modèle de type : « soleil = journée et lune = nuit ». 4.1.2. Questionnaire fermé Le Tableau 3 présente les pourcentages de réponses au questionnaire fermé. Lorsqu’on regarde la répartition par classe, on observe que les réponses erronées aux questions 1 et 2 ne sont retrouvées principalement qu’au CP. Concernant la question 3, on observe une progression avec le niveau scolaire concernant la réponse attendue (ils sont 16,7 % en CP, 55,6 % en CE2 et 63 % en CM2). La réponse attribuant la cause de la journée et de la nuit au seul mouvement du soleil (la Terre ne tourne pas) est donnée par 26,7 % en CP, encore 25,9 % en CE2 et seulement 7,4 % en CM2. Au sujet de la lune (question 4), il est surprenant de noter que 40 % des élèves de CP déclarent que la Terre tourne et que la lune ne bouge pas (37 % en CE2, et 55,6 % en CM2). Il est vrai que les CP dans le questionnaire ouvert préféraient une lune immobile à une lune mobile. La réponse erronée la plus fréquente est que la Terre ne tourne pas et que la lune se déplace pour expliquer le jour et la nuit (les réponses se répartissent en 26,6 % en CP, 29,7 % en CE2 et 14,8 % en CM2).

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Tableau 2 Catégories et pourcentages de réponses données au questionnaire ouvert par l’ensemble des enfants. Questions

QO1 : localisation du soleil la nuit

QO3 : explication journée/nuit

QO4 : localisation de la lune nuit ou journée

Pourcentages de réponses (et effectifs n) Tous n = 94

CP n = 29

CE2 n = 32

CM2 n = 33

De l’autre côté + la Terre tourne

30,9 (n = 29)

13,8 (n = 4)

34,4 (n = 11)

42,5 (n = 14)

De l’autre côté + le soleil se déplace De l’autre côté (sans explication) Le soleil est caché Autres réponses + ne sait pas La Terre tourne sur elle-même

32,9 (n = 31) 14,9 (n = 14) 8,5 (n = 8) 12,8 (n = 12) 41,5 (n = 39)

45,0 (n = 13) 10,3 (n = 3) 10,3 (n = 3) 20,6 (n = 6) 10,3 (n = 3)

34,4 (n = 11) 12,5 (n = 4) 9,4 (n = 3) 9,4 (n = 3) 50,0 (n = 16)

21,2 (n = 7) 21,2 (n = 7) 6,0 (n = 2) 9,0 (n = 3) 60,6 (n = 20)

Le soleil et la lune se déplacent autour de la Terre (mouvement circulaire) : diamétralement opposés Le soleil (jour) remplace la lune (nuit) Le soleil puis la lune sont cachés Autres réponses (la Terre tourne autour du soleil) + ne sait pas La Terre tourne sur elle-même

18,1 (n = 17)

6,9 (n = 2)

28,1 (n = 9)

18,2 (n = 6)

22,3 (21) 14,9 (n = 14) 3,2 (n = 3) 29,9 (n = 28)

37,9 (n = 11) 37,9 (n = 11) 6,9 (n = 2) 3,4 (n = 1)

15,6 (n = 5) 3,1 (n = 1) 3,1 (n = 1) 37,5 (n = 12)

15,1 (n = 5) 6,0 (n = 2) 0,0 (n = 0) 45,5 (n = 15)

10,6 (n = 10)

6,8 (n = 2)

12,5 (n = 4)

12,1 (n = 4)

20,2 (n = 19) 6,4 (n = 6) 32,9 (n = 31)

44,9 (n = 13) 13,8 (n = 4) 31,1 (n = 9)

9,4 (n = 3) 6,2 (n = 2) 34,4 (n = 11)

9,0 (n = 3) 0,0 (n = 0) 33,3 (n = 11)

8,5 (n = 8)

3,5 (n = 1)

12,5 (n = 4)

9,0 (n = 3)

8,5 (n = 8)

0,0 (n = 0)

18,7 (n = 6)

6,0 (n = 2)

35,1 (n = 33) 27,6 (n = 26) 12,8 (n = 12) 7,5 (n = 7)

13,8 (n = 4) 48,3 (n = 14) 24,1 (n = 7) 10,3 (n = 3)

31,2 (n = 10) 18,7 (n = 6) 9,4 (n = 3) 9,4 (n = 3)

57,6 (n = 19) 18,2 (n = 6) 6,0 (n = 2) 3,1 (n = 1)

Le soleil et la lune se déplacent autour de la Terre (mouvement circulaire) : diamétralement opposés Le soleil (jour) remplace la lune (nuit) Le soleil est caché Autres réponses (la Terre s’éloigne, la Terre tourne autour du soleil. . .) + ne sait pas Elle peut être « n’importe où » (révolution de la lune) + rotation de la Terre sur elle-même Le soleil et la lune sont se déplacent autour de la Terre immobile (mouvement circulaire) : diamétralement opposés par rapport à la Terre. Le soleil (jour) remplace la lune (nuit) Lune est là mais cachée pendant la journée La lune est partie pendant la journée Autres réponses (la lune tourne sans précision) + ne sait pas

Les réponses en gras sont les réponses attendues.

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QO2 : alternance journée/nuit

Types de réponses

Tableau 3 Catégories et pourcentages de réponses données au questionnaire fermé par l’ensemble des enfants.

QF1 : jour ou nuit selon position du soleil par rapport à la Terre QF2 : jour ou nuit selon position du soleil par rapport à la Terre QF3 : explication journée/nuit avec Terre et soleil

QF4 : explication journée/nuit avec Terre et lune

Types de réponses

Pourcentage de réponses (et effectifs n) Tous (n = 84)

CP (n = 30)

CE2 (n = 27)

CM2 (n = 27)

Nuit

90,5 (n = 76)

76,7 (n = 23)

100,0 (n = 27)

96,3 (n = 26)

Jour Nuit

9,5 (n = 8) 94,0 (n = 79)

23,3 (n = 7) 83,3 (n = 25)

0,0 (n = 0) 100,0 (n = 27)

3,7 (n = 1) 100,0 (n = 27)

Jour La Terre tourne, le soleil ne se déplace pas

6,0 (n = 5) 44,0 (n = 37)

16,7 (n = 5) 16,7 (n = 5)

0,0 (n = 0) 55,6 (n = 15)

0,0 (n = 0) 63,0 (n = 17)

La Terre tourne et le soleil se déplace La Terre ne tourne pas et le soleil se déplace La Terre ne tourne pas et le soleil ne se déplace pas La Terre tourne, la lune ne se déplace pas

31,0 (n = 26) 20,2 (n = 17) 4,8 (n = 4) 44,0 (n = 37)

46,6 (n = 14) 26,7 (n = 8) 10,0 (n = 3) 40,0 (n = 12)

18,5 (n = 5) 25,9 (n = 7) 0,0 (n = 0) 37,0 (n = 10)

25,9 (n = 7) 7,4 (n = 2) 3,7 (n = 1) 55,6 (n = 15)

La Terre tourne et la lune se déplace La Terre ne tourne pas et la lune se déplace La Terre ne tourne pas et la lune ne se déplace pas

17,9 (n = 15) 23,8 (n = 20) 14,3 (n = 12)

16,7 (n = 5) 26,6 (n = 8) 16,7 (n = 5)

25,9 (n = 7) 29,7 (n = 8) 7,4 (n = 2)

11,1 (n = 3) 14,8 (n = 4) 18,5 (n = 5)

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Questions

Les réponses en gras sont les réponses attendues.

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4.2. Performances : scores et cohérence Les quatre questions de chaque questionnaire sont considérées comme équivalentes en termes de connaissances du cycle journée/nuit par Siegal et al. (2004) et Vosniadou et al. (2004) et reconnues comme pertinentes pour recueillir les conceptions des enfants à propos du cycle jour/nuit. Nous comparons dans cette partie la cohérence entre les différentes réponses ainsi que le niveau de connaissances scientifiques pour chaque questionnaire, pour chaque niveau considéré et en fonction de la dimension 2D/3D utilisée. 4.2.1. Effet du type de questionnaire sur le nombre de réponses correctes Le score moyen (sur 8) pour le questionnaire ouvert est de 4,95 et de 6,71 pour le questionnaire fermé. Cette différence est significative (F(1,177) = 146,635, p < 0,001). Le questionnaire fermé génère davantage de bonnes réponses que le questionnaire ouvert. 4.2.2. Effet du type de questionnaire sur la cohérence des réponses Il apparaît que les réponses héliocentriques cohérentes (la Terre tourne sur elle-même) sont beaucoup plus fréquentes pour le questionnaire fermé (25 %) que pour le questionnaire ouvert (quasiment nul). À l’inverse les réponses géocentriques (le soleil se déplace) sont beaucoup plus fréquentes dans le cadre du questionnaire ouvert (33 %) que fermé (quasiment nul). Concernant la cohérence globale (héliocentrique et géocentrique), le questionnaire ouvert produit plus de cohérence (37 %) que le questionnaire fermé (27 %) principalement à cause des réponses géocentriques fréquentes. Ces différences sont significatives (Khi2 = 67,689, ddl = 5, p < 0,05). Le questionnaire ouvert produit donc plus de cohérence géocentrique que le questionnaire fermé et le questionnaire fermé produit plus de cohérence héliocentrique que le questionnaire ouvert. Concernant les réponses intermédiaires, on retrouve le même nombre de réponses plutôt héliocentrique, plutôt géocentrique ou mixte dans les deux questionnaires, cependant, dans le cadre du questionnaire ouvert il y a davantage de « plutôt géocentrique » et dans le cadre du questionnaire fermé, davantage de « plutôt héliocentrique » (Fig. 1). Les enfants se trompent donc plus en répondant au questionnaire ouvert qu’au questionnaire fermé. 4.2.3. Effet développemental sur le nombre de réponses correctes Globalement il y a des différences significatives entre les scores des différents niveaux scolaires (F(2,177) = 16,305, p < 0,001). Un test post-hoc de Tuckey montre que ces différences concernent les CP et les CE2 (moyennes 5,25 et 5,80 respectivement) ; F(1,117) = 18,602, p < 0,001) et les CP et les CM2 (moyennes 5,25 et 6,13 respectivement) ; F(1,118) = 32,730, p < 0,001). Aucune différence significative n’est retrouvée entre les scores des CE2 et des CM2. Ainsi un effet développemental est trouvé globalement entre les CP et les deux autres niveaux. Dans le cadre de chaque questionnaire (ouvert et fermé) on retrouve le même effet développemental (Tableau 4) à savoir une différence significative entre les CP et les deux autres niveaux et aucune différence significative entre les CE2 et les CM2. 4.2.4. Effet développemental sur la cohérence On observe globalement une diminution des modèles géocentriques cohérents avec le niveau scolaire au profit des modèles héliocentriques cohérents (Tableau 5) (Khi2 = 10,3, ddl = 4,

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Fig. 1. Cohérence en fonction du type de questionnaire (pourcentages). Tableau 4 Scores moyen sur 8 et écart type obtenus pour chaque niveau scolaire en fonction du type de questionnaire, pour les réponses scientifiques. Questionnaire

CP

CE2

CM2

Ouvert Fermé

4,31 (0,71) 6,17 (1,08)

5,13 (1,34) 6,93 (0,87)

5,33 (1,11) 7,11 (0,75)

p = 0,036). Cependant, si on s’intéresse aux modèles cohérents (géocentriques et héliocentriques) versus les modèles incohérents (plutôt géocentriques, plutôt héliocentriques et mixtes), on n’observe alors aucune différence significative en fonction du niveau scolaire. Si on regarde questionnaire par questionnaire, le niveau scolaire n’a aucun effet sur les catégories cohérentes versus incohérentes. On observe cependant un effet du niveau scolaire sur la cohérence héliocentrique versus la cohérence géocentrique dans le cadre du questionnaire fermé (Khi2 = 9,622, ddl = 4, p = 0,047). En effet, il y a plus de cohérence héliocentrique en CE2 et CM2 qu’en CP. Il n’y a qu’au CP que les catégories géocentriques (quatre réponses sur quatre de type intuitif) et plutôt géocentriques sont présentes (Fig. 2). À l’inverse, les différences entre les catégories en fonction du niveau scolaire pour le questionnaire ouvert ne sont pas significatives. Même si on observe uniquement Tableau 5 Cohérence selon le niveau scolaire (CP, CE2 et CM2) (pourcentages et effectifs). Type de Cohérence % (n)

CP (n = 59)

CE2 (n = 59)

CM2 (n = 60)

Géocentrique Plutôt géocentrique Mixte Plutôt héliocentrique Héliocentrique

28,8 (n = 17) 28,8 (n = 17) 20,3 (n = 12) 17,0 (n = 10) 5,1 (n = 3)

17,0 (n = 10) 18,6 (n = 11) 25,5 (n = 15) 18,6 (n = 11) 20,3 (n = 12)

11,6 (n = 7) 18,3 (n = 11) 21,7 (n = 13) 31,7 (n = 19) 16,7 (n = 10)

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Fig. 2. Cohérence en fonction du niveau scolaire pour le questionnaire fermé (pourcentages).

des CE2 et des CM2 avec quatre réponses scientifiques sur quatre, on retrouve un nombre comparable d’élèves des trois niveaux dans les autres catégories principalement pour la catégorie « plutôt géocentrique » (Fig. 3). On observe également pour les CP et les CE2, davantage de réponses mélangées (mixtes : deux réponses géocentriques et deux réponses héliocentriques) dans le cadre du questionnaire fermé que dans le cadre du questionnaire ouvert. 4.2.5. Effet de la dimension 2D/3D La dimension n’a aucun effet significatif ni sur les scores obtenus ni sur la cohérence quel que soit le type de questionnaire et quel que soit le niveau scolaire considéré.

Fig. 3. Cohérence en fonction du niveau scolaire pour le questionnaire ouvert (pourcentages).

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5. Discussion 5.1. Dimension La dimension utilisée (2D ou 3D) pour l’étude du cycle journée/nuit n’a aucun effet significatif sur les résultats obtenus. En effet, les tâches de production ou de sélection en trois dimensions amènent à des réponses comparables à celles obtenues lors de tâches de production et de sélection en deux dimensions. Ce résultat, à propos du cycle journée/nuit, confirme et complète l’étude de Panagiotaki (2001), qui a testé explicitement l’effet de la représentation en 2D par rapport à la représentation en 3D dans le cas de la forme de la Terre, et n’a pas trouvé de différence significative. Ainsi, le débat méthodologique portant sur la dimension du modèle utilisé lorsqu’on s’intéresse à la compréhension des concepts astronomiques, ne semble pas être à poursuivre. Les réponses des enfants à propos du concept de journée/nuit ne dépendent pas du type de représentation utilisée. 5.2. Niveau de connaissance Le type de questionnaire a une influence significative sur le nombre de réponses correctes observées : les enfants interrogés à partir de questions fermées sur le cycle journée/nuit donnent plus fréquemment des réponses scientifiques que les enfants interrogés à partir de questions ouvertes. Ces résultats sont en cohérence avec toutes les études déjà menées à propos de la forme de la Terre et du cycle journée/nuit où il a été effectivement remarqué que le questionnaire fermé suscitait davantage de réponses scientifiques que le questionnaire ouvert. Nous retrouvons ce fait sans être en mesure d’incriminer l’une ou l’autre des méthodes. Pour Vosniadou et al. (2004), ce résultat est interprété par le fait que le questionnaire fermé surestimerait le nombre de bonnes réponses tandis que, à l’inverse, pour Siegal et al. (2004), le questionnaire ouvert sous-estimerait les bonnes réponses. Dans les deux cas, ces chercheurs s’accordent pour incriminer ces différences à des biais méthodologiques liés à la forme même du questionnaire. Dans la mesure où la méthode de questionnement utilisée influence la validité des réponses et peut de ce fait biaiser les résultats, il apparaît intéressant de sortir des cadres méthodologiques propres à chaque théorie (modèles mentaux et questionnaires ouverts, contre savoirs fragmentés et questionnaires fermés). Nous pensons qu’une des fac¸ons de répondre à ce débat serait peut-être de proposer à l’avenir des questionnaires mixtes (c’est-à-dire alliant questions ouvertes et fermées, tâches de rappel et de reconnaissance, pour interroger un même concept) de fac¸on à recueillir les conceptions des enfants de manière la plus indépendante possible. 5.3. Cohérence Le questionnaire ouvert fournit très peu de cohérence héliocentrique et à l’inverse beaucoup de cohérence géocentrique. Cela signifie que les enfants répondent majoritairement plusieurs fois de suite que la Terre est immobile lorsqu’ils sont interrogés avec des questions ouvertes. À l’inverse, ils répondent majoritairement plusieurs fois de suite que la Terre tourne lorsque les questions sont fermées. Siegal et al. (2004) remarquent que les enfants semblent répondre davantage à la question « décris ce que tu vois » dans le questionnaire ouvert plutôt que « explique ce qu’il se passe ». Ils obtiennent par ailleurs un pourcentage plus élevé de catégories fragmentées (quasisphérique et quasi-plat) que de catégories cohérentes (sphérique et plat) à propos de la forme de la Terre. Nos résultats concernant le cycle journée/nuit vont dans le même sens puisque quel que soit le type de questionnaire on observe davantage d’incohérence ou de fragmentation que

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de cohérence. Cependant, notre méthode ne permet pas de rechercher explicitement de modèles mentaux synthétiques s’ils existent. C’est d’ailleurs une des critiques formulée par Vosniadou et al. (2004) à l’encontre de Siegal et al. (2004). De plus, si on s’intéresse à la cohérence géocentrique, on trouve des résultats assez différents de ceux de Vosniadou et Brewer (1994). Ceux-ci avaient testé explicitement différents modèles mentaux du cycle journée/nuit à partir de 13 questions. Ils trouvaient alors 13 enfants de Grade 1 (équivalent CP) (sur 30) avec un modèle initial, trois en Grade 3 (équivalent CE2) et un en Grade 5 (équivalent CM2) et un seul élève de Grade 3 (équivalent CE2) avec un modèle scientifique. Nous obtenons un nombre plus important de modèles géocentriques avec le questionnaire ouvert que dans leur étude. Cependant ce que nous appelons modèles géocentriques sont les modèles pour lesquels la Terre n’a pas de mouvement et tels que la journée et la nuit sont causées par les mouvements des autres astres. Ainsi dans le modèle géocentrique de notre étude, sont intégrés certains des modèles synthétiques de Vosniadou et Brewer (1994) et pas uniquement les modèles initiaux. De plus, nous ne travaillons que sur quatre questions, ce qui a pour effet d’augmenter la cohérence possible entre les réponses comparativement à un nombre plus élevé de questions. Les résultats de notre étude peuvent être également directement comparés à ceux de Siegal et al. (2004) en ce qui concerne la cohérence héliocentrique entre les réponses selon le type de questionnaire. Siegal et al. (2004) trouvent, à partir de trois questions, 67 % de cohérence héliocentrique dans le cadre du questionnaire fermé et 31 % pour le questionnaire ouvert (c’est-àdire trois réponses scientifiques sur trois). Ici nous obtenons des résultats qui vont dans le même sens par rapport au type de questionnaire mais avec des pourcentages nettement moins grands. En effet, pour le questionnaire fermé nous avons 25 % de cohérence héliocentrique et seulement 2 % pour le questionnaire ouvert (soit un seul élève). Ces différences peuvent provenir de plusieurs choses : nous avons quatre questions et non trois, ainsi il est moins probable d’avoir quatre bonnes réponses sur quatre. De plus Siegal et al. (2004) ne proposaient aucune question relative à la lune, or nous avons vu que cette question est très mal comprise par l’ensemble des élèves. Elle pourrait donc être discriminante et expliquer les différences de pourcentages entre les deux études. De plus, chacune de nos questions au sujet des mouvements de la Terre dans le questionnaire fermé est séparée en deux propositions, ainsi l’élève se retrouve face à quatre possibilités de réponses, soit seulement une chance sur quatre de donner la réponse scientifique tandis que dans l’étude de Siegal et al. (2004), l’alternative donnait une chance sur deux de se tromper seulement. Enfin, on pourrait imaginer que les enfants franc¸ais donnent des réponses beaucoup plus fragmentées que leurs homologues anglais mais cette hypothèse interculturelle reste à tester explicitement. Le fait d’obtenir une majorité de réponses fragmentées, montre que, d’une part, le concept de cycle journée/nuit est difficile à acquérir, et que, d’autre part, il semble se construire de manière parcellaire au cours du développement. 5.4. Développement Notre étude a permis enfin de confirmer l’hypothèse développementale à savoir que les enfants de CP (six à sept ans) produisent significativement moins de réponses scientifiques à propos du cycle journée/nuit que les enfants de CE2 (huit à neuf ans) et de CM2 (dix à 11 ans) (dont les performances sont équivalentes). Il est possible que la scolarisation soit à l’origine de ces différences puisque les notions d’astronomie et en particulier l’étude du cycle journée/nuit sont introduites à partir du CE2 seulement dans les programmes scolaires franc¸ais. Cet effet développemental est indépendant du type de questionnaire utilisé. Cette discontinuité entre les CP et les CE2-CM2 a déjà été mise en évidence chez les enfants franc¸ais par Frappart (2006) et Frappart et al. (sous

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presse) au sujet de l’étude de la forme de la Terre (ceux-ci étaient alors interrogés suivant un questionnaire fermé uniquement). Pour conclure, nous voyons que le débat théorique sur la nature des savoirs initiaux et l’acquisition des connaissances est loin d’être tranché et est sous-tendu par l’utilisation de méthodologies particulières. D’une part, il apparaît que la notion de cycle journée/nuit est difficile à acquérir et que la forme des questions utilisées a une influence significative sur les réponses obtenues. D’autre part, il semblerait que les réponses des enfants soient majoritairement fragmentées au sujet du cycle journée/nuit. Afin de confirmer ou d’infirmer ce résultat, il serait intéressant de travailler sur une recherche explicite et quantitative de modèles mentaux synthétiques. La caractérisation de la nature du savoir a des conséquences importantes et des retombées à la fois sur le plan scientifique (recherche fondamentale sur le développement des connaissances scientifiques) et appliqué (recherche en termes d’enseignement et de changements conceptuels). Annexe A. Questionnaires utilisés A.1. Questionnaire ouvert Pour répondre à ces quatre questions, l’enfant est devant son dessin ou modèle de Terre. QO1 : Fais un dessin/modèle du soleil. Où est le soleil la nuit ? Comment cela se passe-t-il ? QO2 : Place un habitant de la Terre (on lui demande de dessiner un habitant ou bien de le fabriquer en pâte à modeler) et fais en sorte que ce soit le jour pour cette personne. Fais en sorte que ce soit la nuit. QO3 : Explique-moi comment se passe le changement du jour à la nuit QO4 : Fais un modèle/dessin de lune. Où est la lune pendant la nuit ? Où est la lune pendant la journée ? Comment cela se fait-il ? A.2. Questionnaire fermé Pour ces quatre questions, l’enfant est devant la représentation (2D ou 3D) de la Terre qu’il a choisie. QF1 : J’ai un dessin (ou modèle), ici. Imagine que ce soit le soleil (donner le dessin/modèle à l’enfant). Lorsque le soleil brille de ce côté de la Terre (désigner un côté), est-ce que c’est le jour ou la nuit de l’autre côté ? QF2 : Et quand le soleil brille de l’autre côté de la Terre, est-ce la journée ou la nuit de ce côté ? (Désigner le même côté qu’en Q1) QF3 : Certains enfants disent que le jour apparaît parce que le soleil se déplace et se lève devant une partie de la Terre. Es-tu d’accord ou pas d’accord ? D’autres enfants disent que, comme la Terre tourne, le soleil ne brille que devant une partie de la Terre à la fois. Es-tu d’accord ou pas d’accord ? QF4 : Ceci est la lune (donner le modèle/dessin à l’enfant). Certains enfants disent que, comme la Terre tourne, la lune ne brille que devant une partie de la Terre à la fois. Es-tu d’accord ou pas d’accord ? D’autres enfants disent que le jour et la nuit apparaissent parce que la lune se déplace, elle se lève et se couche devant une partie de la Terre. Es-tu d’accord ou pas d’accord ?

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