Introduction

Les sciences visent à décrire, expliquer, prévoir les phénomènes, en donnant une lecture rationnelle du monde, sans cesse mise à l’épreuve des faits. Elles permettent de répondre aux enjeux de société (santé, climat, biodiversité, ressources et énergie, numérique) et éclairent les décisions collectives, par une approche fondée sur des savoirs scientifiques et le raisonnement.

Savoir pratiquer des démarches scientifiques et technologiques et comprendre comment les savoirs se construisent font partie intégrante de la culture scientifique dont toutes les citoyennes et tous les citoyens doivent disposer.

Toutes les disciplines scientifiques et technologiques contribuent au développement de ces apprentissages dans toutes les classes, du cycle 1 au lycée.

Certains dispositifs offrent un contexte particulièrement propice pour aller plus loin dans les objectifs de connaissances et compétences, comme les classes à horaires aménagés en mathématiques et en sciences (CHAMS).

Critères de scientificité et nature de la science

Comprendre ce qu'est la science et comment elle fonctionne relèvent de l'épistémologie, permettent aux élèves de fonder une confiance raisonnée dans la science, de comprendre les procédures par lesquelles la science valide ses résultats, de distinguer savoirs, opinions et croyances, et ainsi d'exercer leur pensée critique.

Les critères de scientificité (réfutabilité, reproductibilité, parcimonie, primauté à l’épreuve des faits) permettent de distinguer une démarche ou un énoncé scientifique d'une simple affirmation sans fondement scientifique. Chacun de ces critères est essentiel à la conduite d’une démarche scientifique.

Expliciter en classe la nature de la science et la manière dont les savoirs scientifiques se construisent, dans le cadre d'une approche épistémologique, permet de transmettre une vision réaliste de la science (fondée sur les faits ; savoir fiable et durable, mais ni définitif ni certain ; etc.).

L'histoire des sciences est un levier possible pour travailler la nature de la science avec les élèves. En permettant de découvrir des controverses scientifiques, des femmes et des hommes qui ont participé à l’établissement des savoirs scientifiques, les élèves comprennent la construction d'un savoir, dans un contexte historique et culturel donné, ainsi que la dimension collective du savoir scientifique (échanges entre scientifiques, validation par les pairs, élaboration d’un consensus scientifique, etc.).

Les démarches scientifiques et technologiques

Une démarche scientifique, des démarches scientifiques ?

Il existe plusieurs démarches scientifiques, mais toutes se caractérisent par la construction de savoirs fondés sur des preuves et des critères de scientificité.

Une démarche scientifique mobilise plusieurs compétences. 

Ces compétences ne sont pas des étapes, elles s'articulent de façon itérative, la question émerge souvent après les premières observations, une hypothèse peut naitre d'un échec expérimental, etc. Elles se construisent tout au long de la scolarité, de façon progressive. Toutes ne sont pas travaillées en même temps. La démarche est plus ou moins accompagnée par l'enseignant, selon la classe, l'objectif visé ou la notion étudiée.

Des activités partagées par tous les scientifiques

Les démarches mobilisent des activités variées :

• l'observation : observer un phénomène ou un objet tel qu'il se présente, éventuellement à l'aide d'instruments ;
• l'expérimentation : agir sur le réel en modifiant un paramètre pour comprendre son effet, puis comparer le résultat à d'autres situations où ce paramètre n'a pas été modifié, ou l'a été différemment ;
• la modélisation : construire une représentation simplifiée du réel pour l'expliquer et faire des prévisions ou des simulations ;
• la recherche documentaire : rechercher, sélectionner et confronter des sources et des données existantes.

Une même démarche peut mobiliser plusieurs activités différentes. Toutes les sciences ne recourent pas au même régime de preuve : les démarches expérimentales étudient des phénomènes reproductibles, que les chercheurs et chercheuses peuvent provoquer à volonté ; les démarches historiques étudient au contraire des évènements passés et singuliers, qui n'ont eu lieu qu'une fois, qui ne se prêtent pas à l’expérimentation, mais peuvent être interprétés en respectant les critères de scientificité, en particulier l’épreuve des faits et la parcimonie.

Les démarches technologiques

Par les démarches technologiques, l'élève appréhende progressivement le fonctionnement des objets et des systèmes techniques (OST), et la façon dont ils sont imaginés et réalisés. Les choix technologiques sont souvent des compromis entre les performances visées, le cout et l’impact environnemental de l’OST. Leur cycle de vie est pris en compte dès la phase de conception.

Les démarches se fondent sur l'analyse des fonctions techniques et des solutions technologiques apportées en réponse à un besoin, à un usage ou à un comportement attendu. Elles ne visent pas le « vrai » mais l'adéquation à un besoin sous contraintes : elles admettent plusieurs solutions acceptables. Les démarches sont collectives, itératives et prototypiques. Les démarches technologiques mobilisent une intelligence pratique, fondée sur la capacité à créer et à fabriquer.

Les raisonnements

Les raisonnements fournissent aux sciences, à la technologie et aux mathématiques les outils indispensables pour modéliser et mesurer le monde, renforçant ainsi les compétences d'analyse et d'argumentation, essentielles à toute démarche scientifique.

Il existe plusieurs grands types de raisonnements :

• le raisonnement inductif : partir des faits pour dégager une règle ;
• le raisonnement déductif : partir d'une règle pour l'appliquer à un cas ;
• le raisonnement abductif : remonter des faits observés vers l'explication la plus probable.

La compétence « raisonner » regroupe de nombreuses capacités : 

• mobiliser les connaissances nécessaires ;
• analyser et exploiter des erreurs ;
• mettre à l’essai plusieurs solutions ; 
• mener une investigation en sachant prendre en compte le point de vue d’autrui ; 
• démontrer en utilisant un raisonnement logique et des règles établies pour parvenir à une conclusion (par l’absurde, par contre-exemple, etc.) ;
• utiliser des statistiques et des probabilités (par exemple : essais cliniques, épidémiologie, climat, sondages) ;
• fonder et défendre ses jugements en s’appuyant sur des résultats établis et sur sa maitrise de l’argumentation. 

Il s’agit de permettre aux élèves de comprendre que les mathématiques et les sciences relèvent d’un raisonnement rigoureux fondé sur des preuves.

Science et esprit critique

Exercer son esprit critique, c'est avant tout cultiver un doute raisonnable : savoir suspendre son jugement le temps d'examiner une affirmation, sans pour autant tout mettre en doute par principe.

En pratiquant et en explicitant une démarche scientifique, les élèves développent leur esprit critique. Les élèves apprennent à :

• distinguer les faits de leur interprétation, évaluer la qualité d’une preuve, juger si un résultat est valide ; 
• différencier corrélation et causalité ;
• se poser des questions, analyser des données, concevoir et critiquer une expérimentation ou une modélisation ;
• construire et évaluer une argumentation ; 
• évaluer la fiabilité d’une source et la plausibilité d’une information ;
• faire preuve de curiosité, exercer un doute raisonné, s’ouvrir aux idées nouvelles ;
• avoir conscience de ses propres biais, notamment le biais de confirmation.

Ressources pour aller plus loin

• Conseil scientifique de l'éducation nationale. Éduquer à l'esprit critique.
• Fondation La main à la pâte. Esprit scientifique, esprit critique. 
• Inspection générale de l'éducation, du sport et de la recherche (2023). La sensibilisation et la formation à la démarche scientifique, de l'école au doctorat (Rapport n° 21-22-099A).
• Éduscol. Former l'esprit critique des élèves.
• Blanquet, E., & Picholle, É. (2010). Les critères de scientificité : un outil pour distinguer sciences et pseudosciences ? Dans Actes des Deuxièmes journées Sciences et citoyens : Sciences et croyances. Institut français de l'éducation, ENS de Lyon.