Institut Weizmann et Grèce : même les élèves de CE1 peuvent raisonner comme des scientifiques

Lorsqu’un enfant demande : « Pourquoi le poisson-globe se gonfle-t-il ? », nous avons souvent tendance à répondre immédiatement en énumérant des faits. Mais que se passerait-il si nous prenions un moment pour l’inviter à demander plutôt : « Comment le poisson-globe se gonfle-t-il ? » Cela peut sembler relever du détail, mais ce léger changement de formulation pourrait contribuer à remodeler la capacité de raisonnement et l’esprit critique des générations futures, tant dans le domaine scientifique qu’au-delà. Une étude menée par l’Institut des sciences Weizmann révèle que des enfants dès le CE1 sont capables de fournir des explications scientifiques étonnamment élaborées sur des phénomènes biologiques, pour peu que la question sollicite le type de raisonnement sur lequel repose la science : non pas le « pourquoi », mais le « comment ». Les explications qui se concentrent sur le « comment » et dévoilent les mécanismes à l’œuvre derrière un phénomène sont qualifiées de « mécanistes ». Elles mettent en lumière les facteurs et les relations sous-jacents à l’origine de divers phénomènes, permettant ainsi d’établir un lien de cause à effet qui ne laisse aucune place aux raisonnements erronés.

À l’inverse, un raisonnement non mécaniste décrit le phénomène sans en expliquer le processus de formation. Il peut s’agir d’explications circulaires, où la question est reformulée pour servir de réponse, ou d’explications téléologiques, qui justifient un phénomène par une finalité supposée sans expliquer comment celle-ci est atteinte. Par exemple, pour répondre à la question de savoir pourquoi une plante pousse vers la lumière, une explication téléologique dirait : « La plante pousse vers la lumière pour survivre » ; un raisonnement mécaniste, en revanche, va au cœur du processus : « La plante détecte la lumière grâce à ses feuilles, transmet un signal le long de la tige et croît dans cette direction. » « Les recherches antérieures présentaient des résultats contradictoires : certaines études montraient que même des enfants de cinq ans pouvaient fournir des explications mécanistes, tandis que d’autres indiquaient qu’à cet âge, ils commençaient à adopter un raisonnement téléologique », explique la Pr Michal Haskel-Ittah, responsable de l’étude et membre du département d’enseignement des sciences de l’Institut Weizmann. « Nous voulions comprendre l’origine de tels écarts. »

L’équipe de recherche comprenait Yael Shtechman, doctorante sous la direction de Mme Haskel-Ittah, et la Pr Marida Ergazaki, de l’université de Patras (Grèce). L’équipe a cherché à savoir si les enfants disposaient des outils nécessaires pour raisonner comme des scientifiques. Tout aussi important : que se passe-t-il dans leur esprit lorsqu’ils sont confrontés à différents types d’explications ? Les chercheurs ont interrogé plus de 50 enfants scolarisés du CE1 au CM2 (équivalent des *grades 2 à 6* aux États-Unis). Dans la première partie de l’étude, chaque enfant devait expliquer un phénomène biologique. Dans la seconde, on leur demandait d’évaluer plusieurs types d’explications concurrentes concernant d’autres phénomènes. Plus de la moitié des enfants — 68 % — ont fourni des explications mécanistes ; par exemple : « Chaque fois que le cœur du poisson-globe bat vite, il aspire beaucoup d’air. » Si les détails biologiques pouvaient être inexacts, le raisonnement était clair : une cause, un processus interne et un résultat. D’autres ont donné des explications circulaires, comme « Il devient juste, genre, tout rond », ou téléologiques : « S’il y a un prédateur, il se gonfle et ressemble à un monstre géant pour qu’ils restent à l’écart. » L’étude et ses conclusions offrent un nouveau cadre pour comprendre comment les enfants interprètent les données biologiques, aidant ainsi à résoudre des incohérences relevées dans de précédentes recherches. « Une majorité d’enfants participant à notre étude étaient capables de formuler des explications mécanistes, y compris ceux de CE1 », explique Michal Haskel-Ittah. « Ils ne maîtrisaient pas toujours parfaitement les faits biologiques, mais la structure de leur pensée était bien présente. »

Lorsqu’ils avaient le choix entre plusieurs explications, les enfants privilégiaient systématiquement les explications mécanistes. Ils ne se contentaient pas de dire que cela « semblait juste » ; ils justifiaient leurs choix en s’appuyant sur deux critères distincts définis par les scientifiques : la « exactitude » et le « pouvoir explicatif », ce dernier désignant la capacité d’une explication à exposer clairement le fonctionnement d’un phénomène. Les enfants évaluaient l’exactitude d’une explication en la confrontant à leurs connaissances préalables : des faits appris en cours de sciences, auprès de leur famille ou par l’expérience. Au cours de cette évaluation, ils s’appuyaient sur des repères logiques, tels que des principes naturels qu’ils connaissaient déjà, ou sur des analogies — comme comparer une plante qui pousse vers la lumière ou l’eau à une personne qui se retourne en entendant quelqu’un marcher derrière elle. Si une explication contredisait ce qu’ils avaient appris, ils n’hésitaient pas à la rejeter. Mais, plus souvent encore, les enfants choisissaient correctement l’explication mécaniste en raison de sa forte capacité explicative, et non simplement parce que son contenu correspondait à ce qu’ils savaient déjà. Ils étaient attirés par les réponses qui leur permettaient de comprendre les relations de cause à effet étape par étape ; ils soulignaient souvent les lacunes des explications qui n’y parvenaient pas, les rejetant avec des remarques telles que : « Ça ne dit pas *comment* ça se passe, ça dit juste *ce qui* se passe. » Ces observations ont des implications pour l’enseignement des sciences.

« Traditionnellement, nous récompensons les enfants lorsqu’ils donnent la bonne réponse », explique Michal Haskel-Ittah. « Mais nous leur faisons rarement des retours sur la structure de leur explication – c’est-à-dire sur la question de savoir si elle explique réellement le déroulement d’un phénomène. » En d’autres termes, les systèmes scolaires ont tendance à évaluer les réponses plutôt que les processus de réflexion. Qu’il s’agisse de devoirs, d’examens standardisés ou même de simples remarques d’un enseignant ou d’un parent, les élèves sont généralement jugés sur l’exactitude factuelle de leurs propos, et non sur la qualité de leur raisonnement. Comment, dès lors, les éducateurs peuvent-ils encourager une réflexion plus approfondie sur les mécanismes à l’œuvre ? Se focaliser uniquement sur l’exactitude risque d’envoyer un mauvais message. « Si l’on ne félicite les enfants que lorsqu’ils donnent la bonne réponse, explique Michal Haskel-Ittah, ils apprendront simplement à répéter ce qu’ils ont mémorisé. En revanche, si l’on met aussi en valeur la manière dont ils sont parvenus à cette réponse – même si celle-ci n’est pas scientifiquement exacte –, on leur montre que le raisonnement a également son importance. »

Dans le cadre de l’étude, lorsque les enfants fournissaient des réponses incorrectes mais structurellement cohérentes, celles-ci n’étaient pas rejetées. Au contraire, les chercheurs les utilisaient comme des points d’appui : des occasions de développer le raisonnement intuitif en y intégrant des connaissances biologiques précises. Une autre approche prometteuse, explique le Pr Haskel-Ittah, consiste tout simplement à poser de meilleures questions. Les chercheurs ont constaté que lorsque l’on demandait aux enfants « comment » les choses se passent, plutôt que de poser la question aristotélicienne du « pourquoi », ils étaient davantage enclins à rechercher les processus en jeu. Et lorsqu’ils étaient doucement incités à aller dans ce sens – « Oui, mais comment cela fonctionne-t-il ? » –, beaucoup parvenaient à étoffer leurs réponses pour en faire de véritables explications mécanistes. Une piste envisagée par les chercheurs pour l’avenir consiste à aider les enfants à distinguer consciemment les questions portant sur le « comment » de celles portant sur le « pourquoi ». Le Pr Haskel-Ittah estime que cette démarche peut également s’avérer utile dans d’autres domaines éducatifs. Comme elle le souligne : « Notre objectif ne se limite pas à former de futurs chercheurs ; nous visons à éduquer tous les citoyens. Car, en fin de compte, nous ne voulons pas seulement des scientifiques capables de réfléchir, mais des adultes capables de réfléchir. »

Publication dans Journal of the learning sciences