Appliquer les nouvelles recherches pour améliorer l’enseignement des sciences

Appliquer les nouvelles recherches pour améliorer l’enseignement des sciences Ceci est une courte synthèse non technique de mon article du même titre publié dans Issues in Science and Technology à l’automne 2012. Par souci de brièveté et d’accessibilité, les références ont été retirées. ChatGPT a assisté la préparation de cette synthèse. Je soutiens que l’amélioration de l’enseignement des sciences, de la technologie, de l’ingénierie et des mathématiques, souvent regroupées sous le terme STEM, exige un changement fondamental dans notre manière de penser l’apprentissage et l’enseignement. Malgré de nombreuses réformes et une inquiétude largement partagée au sujet de l’éducation scientifique aux États-Unis, les progrès réels restent limités, aussi bien dans les performances des élèves que dans leur intérêt pour les STEM. La raison principale de cette absence de progrès tient au fait que la plupart des discussions portent sur les politiques, les programmes ou les standards, tout en négligeant la manière dont les personnes apprennent réellement et les nouveaux apports de la recherche sur ce point. Traditionnellement, l’éducation repose sur l’idée que les élèves naissent avec des niveaux différents de capacité naturelle et que l’apprentissage consiste simplement à absorber de l’information. Dans cette perspective, certains élèves seraient naturellement bons en STEM, tandis que d’autres ne le seraient pas. Les recherches en psychologie cognitive, en neurosciences et en éducation montrent pourtant que l’apprentissage ne consiste pas à remplir un cerveau fixe avec des faits. Il consiste plutôt à transformer le cerveau et à développer ses capacités par une pratique mentale appropriée. Avec le bon type d’enseignement, de nombreux élèves peuvent construire de solides compétences en STEM, quel que soit leur point de départ. Ce que l’on perçoit souvent comme un talent naturel correspond généralement à un privilège éducatif antérieur. L’objectif de l’enseignement STEM devrait être d’aider les élèves à penser les disciplines davantage comme des experts. Cela ne signifie pas mémoriser des faits ou des formules, mais apprendre à résoudre des problèmes comme des scientifiques et des ingénieurs. Des recherches plus récentes menées par mon groupe ont montré que les experts STEM, dans tous les domaines, résolvent les problèmes en prenant une série de décisions bien définies à partir d’informations limitées. Ils utilisent des connaissances spécialisées adaptées au problème pour prendre de bonnes décisions. Leur savoir est organisé de manière à faciliter son utilisation dans la décision. Ils apprennent donc non seulement des connaissances, mais aussi quand et où elles sont utiles. Ces décisions incluent la reconnaissance de motifs importants, le choix de stratégies appropriées et la réflexion sur leur propre raisonnement afin de l’améliorer. Ces capacités se développent par l’expérience et la pratique, non par un apprentissage passif. La plupart de ces décisions de résolution de problèmes sont pertinentes à tous les niveaux d’apprentissage. La recherche, en particulier celle d’Anders Ericsson, montre que ce type de pensée experte se développe par la pratique délibérée. Celle-ci consiste à travailler sur des tâches difficiles, qui exigent effort et concentration, à recevoir un retour précis et à réfléchir à la manière de progresser. De la même manière qu’un muscle se renforce par un exercice ciblé et intense, le cerveau se développe par un effort mental intense orienté vers les compétences visées. Des activités comme écouter des cours magistraux ou réaliser des exercices simples et répétitifs apportent peu au développement de la maîtrise réelle d’une discipline. Un apprentissage efficace exige un engagement actif et une forme de lutte cognitive. Cela a des conséquences importantes pour l’enseignement. Un bon enseignant en STEM ressemble moins à un conférencier qu’à un entraîneur. Son rôle consiste à concevoir des activités qui aident les élèves à pratiquer la prise de décision dans la résolution de problèmes, à les guider dans les difficultés et à maintenir leur motivation. Les enseignants doivent comprendre à la fois la discipline et la manière dont les élèves l’apprennent. Ils doivent aussi fournir des retours rapides, précis et créer un environnement dans lequel les élèves se sentent capables et motivés pour apprendre. Cependant, la plupart des pratiques actuelles d’enseignement STEM restent éloignées de cet idéal. Dans l’enseignement primaire et secondaire, de nombreux enseignants ne disposent pas d’une compréhension suffisamment approfondie des matières qu’ils enseignent, ce qui rend difficile l’accompagnement efficace des élèves. Les cours se concentrent souvent sur la mémorisation de procédures routinières et de faits, plutôt que sur une pensée véritablement significative. À l’université, les enseignants maîtrisent généralement bien leur discipline, mais s’appuient encore largement sur le cours magistral, ce qui laisse les étudiants passifs et peu engagés. Les devoirs mettent souvent l’accent sur la résolution de problèmes artificiels standards, où la plupart des décisions ont déjà été retirées, plutôt que sur le développement d’une compréhension et de compétences de résolution de problèmes plus profondes. Plusieurs raisons expliquent l’échec de nombreuses réformes. Les écoles classent souvent les élèves comme doués ou faibles sur la base d’indices limités, qui reflètent surtout leur parcours éducatif antérieur, puis leur offrent des opportunités d’apprentissage différentes. Cela crée un cycle auto-réalisateur dans lequel les élèves sélectionnés réussissent en partie parce qu’ils reçoivent un meilleur enseignement. Un autre problème tient à la faiblesse de certains standards et systèmes d’évaluation. De nombreux dispositifs testent surtout des connaissances factuelles, parce qu’elles sont moins coûteuses à mesurer, alors que cela ne reflète pas une compréhension authentique. Par conséquent, l’enseignement se concentre souvent sur la préparation mécanique aux tests plutôt que sur un apprentissage significatif. La formation des enseignants constitue également un enjeu majeur. De nombreux programmes de développement professionnel sont inefficaces, car ils supposent que les enseignants peuvent améliorer des compétences complexes à travers des formations brèves, intermittentes et à temps partiel. Or le développement d’une expertise pédagogique exige la même pratique soutenue que l’apprentissage de toute compétence complexe. Des obstacles structurels freinent aussi l’amélioration de l’enseignement. Dans les universités, les systèmes d’évaluation de l’enseignement ne reflètent pas réellement la qualité des pratiques pédagogiques et il existe peu de responsabilité institutionnelle concernant les résultats d’apprentissage des étudiants. À l’inverse, la qualité de la recherche est soigneusement mesurée et les enseignants-chercheurs sont principalement récompensés sur cette base. Il existe donc peu d’incitation à adopter de meilleures méthodes d’enseignement, même lorsqu’elles améliorent les résultats des étudiants. De plus, les programmes universitaires de formation des enseignants ont souvent des exigences faibles et privilégient parfois le nombre d’inscrits plutôt que la qualité. Une amélioration significative de l’enseignement STEM ne pourra venir que d’une attention sérieuse à ce que la recherche nous apprend sur le fonctionnement de l’apprentissage. Cela suppose d’adopter des méthodes qui favorisent l’engagement actif, la pratique délibérée et la pensée proche de celle des experts. Cela exige aussi de modifier les incitations institutionnelles afin de soutenir un meilleur enseignement et une meilleure formation des enseignants. Ces changements sont difficiles, mais ils pourraient améliorer profondément l’éducation STEM et mieux préparer les élèves à l’avenir. Note sur l’auteur Carl Wieman est professeur émérite de physique et d’éducation à l’Université Stanford. Il a été Associate Director for Science au White House Office of Science and Technology Policy de septembre 2010 à juin 2012. Il a également été professeur de physique et directeur d’initiatives en éducation scientifique à l’Université du Colorado et à l’Université de Colombie-Britannique. Ses travaux en éducation et en physique ont été largement reconnus, notamment par le prix Nobel de physique en 2001 et le Yidan Prize for Education Research en 2020.