III.1.1.3 Analyse comparée des concepts et des explications mises en oeuvre en physique et dans la vie quotidienne.

• Concepts dans la vie quotidienne et en physique
  En adoptant une définition assez large du concept, par exemple celle de Vergnaud ci-dessus, nous pouvons alors tenter de caractériser les concepts utilisés dans la vie quotidienne et ceux utilisés par la physique. En ayant conscience qu'il n'y a pas une frontière stricte et bien délimitée entre les deux types de concepts, nous considérons que cette distinction correspond globalement à celle que Vygotski fait entre concepts quotidiens et concepts scientifiques.
  Commençons par dire à la suite de Vygotski (1934) qu'une différence majeure entre concepts quotidiens et concepts scientifiques réside dans leur mode de développement et d'élaboration. En particulier, les concepts quotidiens, à l'inverse des concepts scientifiques, ne font pas l'objet d'un enseignement spécifique. De plus, les concepts quotidiens et les concepts scientifiques "ont des côtés faibles et des côtés forts différents". Chez l'enfant Vygotski repère comme manifestation de la faiblesse des concepts quotidiens l'incapacité à l'abstraction et une inaptitude au maniement volontaire alors que la faiblesse des concepts scientifiques réside essentiellement dans leur verbalisme, leur insuffisante saturation en concret (p. 275). Dans la vie quotidienne et pour l'enfant, la distance entre perception et concepts serait ainsi moins grande que dans le cas de la physique, même si le physicien imbrique aussi ses perceptions et les concepts qu'il utilise.
  Vygotsky précise également un fait qui avait aussi été pointé par Piaget : l'usage des concepts quotidiens est généralement, et en tous les cas pour l'enfant, non conscient. L'enfant est capable d'utiliser, de comprendre des causes et des relations simples mais n'a pas conscience de sa compréhension. La chose est tout à fait différente pour les concepts scientifiques qui sont introduits généralement dans le cadre scolaire, en tant que concepts, par leur définition par exemple. La plupart du temps, la verbalisation du concept scientifique précède son utilisation. Claparède, cité par Vygotski (1934), a tenté de formaliser cette idée par la "loi de prise de conscience" qui indique que plus nous nous servons d'une loi moins nous en avons conscience. Le langage joue un rôle majeur dans le processus de prise de conscience de l'utilisation de concepts.
  Signalons également que, comme l'avait déjà mentionné Piaget, la prise de conscience nécessite l'intégration du concept dans un système, c'est-à-dire que des relations doivent être faites avec d'autres concepts. Il est donc raisonnable de considérer, pour poursuivre dans cette séparation dialectique entre types de concepts, que la plupart des concepts quotidiens, utilisés dans la vie de tous les jours, sont des concepts plutôt catégoriels alors que les concepts scientifiques seraient plutôt relationnels¹⁶.
  Cette séparation forcément réductrice de la diversité des concepts pourrait paraître inopérante si nous ne mentionnions pas le fait que le concept ne peut pas être identifié au terme utilisé. Un même mot peut désigner à la fois un concept catégoriel ou quotidien et un concept relationnel. Le terme vitesse est un bon exemple, mais également, dans le contenu d'enseignement que nous étudions, le terme vibration. Gentilhomme (1994) étudie pour préciser ceci la distinction entre notion (facette quotidienne du concept) et concept (facette scientifique du concept). Il définit en effet le concept comme un ‘"contenu informationnel entièrement déterminé par sa définition. Le contexte sélectionne un concept parmi plusieurs susceptibles d’être véhiculés par un même signifiant"’. La notion, quant à elle, n'exige pas la même rigueur. Elle est le résultat de la flexibilité du contenu, obtenue par métaphore ou métonymie. Son remplacement par un synonyme n'altère en rien la signification. Ainsi la notion d'intensité permet d'identifier quelques invariants éventuels, sa signification, hors contexte, est relativement floue et flexible. C'est dans la production langagière ou formelle, dans tous les cas contextualisée, que l'intensité acquiert un statut de concept (scientifique), puisqu'on pourra alors parler d'intensité électrique, acoustique, d'intensité des marées, etc.
  En physique, les concepts (le plus souvent relationnels donc) sont impliqués généralement dans un réseau conceptuel, ils induisent la plupart du temps un langage formel et sont utilisés et utilisables dans un contexte théorique précis. Ils bénéficient de plus d'un ensemble de signifiants, pour reprendre le terme de Vergnaud, bien plus grand que celui des concepts quotidiens. On peut représenter un concept scientifique dans différents registres sémiotiques (Duval, 1995). A la suite d'autres auteurs (Duval, 1995 ; Ainsworth et al., 1996), nous estimons que l'articulation des différentes représentations est non seulement nécessaire mais favorise également la compréhension d'un concept scientifique.
  Ce rapide panorama permet donc de distinguer des différences majeures entre les concepts spontanés, quotidiens (ou encore les notions) et les concepts scientifiques, plus relationnels.

• Explications dans la vie quotidienne et en physique
  Nous traitons ici des explications fournies au sujet du monde sensible, composé des objets et des événements observables. Du fait de la variété des types d'explications formulées dans la vie quotidienne il est relativement difficile de fournir des traits communs à ces explications. La nature de ce qui est reconnu comme explicatif peut en effet fortement varier : il peut s'agir d'une redescription simple de ce qui est à expliquer (paraphrase, reformulation...), de croyances d'ordre mythique ou religieux, de la désignation d'une cause matérielle ou finaliste mais également dans certains cas d'un effet à venir ou concomitant. Cependant on peut relever quelques traits communs à tous ces types d'explications. D'abord, il n'est pas surprenant de constater que les explications quotidiennes sont formulées le plus souvent et majoritairement avec des concepts quotidiens. Les notions (au sens de Gentilhomme) déploient alors toute l'efficacité liée à leur flexibilité et souplesse de sens (par exemple, comme on le verra, la notion de vibration est utilisée par les élèves dans des sens assez différents, pour expliquer des situations assez variées). Au regard de ce qui vient d'être dit dans le paragraphe précédent, il est donc normal que les mécanismes de l'explication ne soient pas conscients (par exemple l'usage de telle ou telle causalité, de telle ou telle théorie spontanée ne se fait pas consciemment) et que les registres sémiotiques utilisés pour formuler l'explication soient souvent limités au langage naturel.
  Les recherches en didactique au sujet des conceptions des élèves avant enseignement ont permis de montrer également que le recours au raisonnement linéaire causal est fréquent dans les explications, et ceci dans des domaines différents de la physique (Closset, 1983 ; Viennot, 1993 ; Maurines, 1986 ; Rozier, 1988). Ce type d'explication invoque un agent causal unique qui précède l'effet. La relation de causalité n'est effectuée qu'entre deux paramètres mais en aucun cas avec une approche systémique. Ce raisonnement pose bien évidemment de nombreux problèmes pour l'apprentissage de la physique, mais sa prégnance, quel que soit le domaine abordé, est probablement expliquée par la capacité qu'il a à résoudre ou interpréter bon nombre de problèmes rencontrés dans la vie quotidienne et à fournir des solutions acceptables (du point de vue de l'enseignant et /ou du point de vue de l'élève) à de nombreux problèmes proposés dans l'enseignement (Johsua et Dupin, 1989).
  Il est probablement plus facile de caractériser et d'étudier les processus explicatifs et les types d'explications adoptés en physique, en particulier grâce aux nombreux travaux d'épistémologie à ce sujet. Ceci tient probablement au fait que l'explicitation et les mises en relation des concepts en jeu sont le plus souvent observables directement à partir de la pratique du physicien ou de ses productions, alors qu'elles sont d'une part à découvrir d'autre part moins structurées pour les explications de la vie quotidienne. Les explications causales sont par exemple bien plus complexes dans le cas de la physique mais finalement mieux connues que celles mises en oeuvre par les élèves.
  Nous ne revenons pas ici sur les caractéristiques des concepts scientifiques qui vont intervenir dans les explications fournies par la physique. C'est d'ailleurs de la nécessité d'explication d'ordre théorique que naissent les concepts de la physique, qu'ils soient importés d'une autre discipline ou spécifiquement créés. Nous nous arrêtons ici uniquement sur les types de causalités mises en oeuvre, en comparaison de la causalité linéaire causale mise en pratique inconsciemment dans le domaine quotidien. Si cette causalité "simple" est également utilisée en physique, ce n'est pas la seule. Dans un ouvrage collectif consacré à ce sujet, le physicien et épistémologue Halbwachs (1971) dresse une typologie de la causalité en physique. D'après lui, les physiciens ne construisent un modèle supérieur que s'il permet d'expliquer (c'est lui qui souligne) certains rapports réels dans le monde des objets et des événements, que le modèle inférieur était seulement capable de poser ou de décrire. Il précise alors qu'une théorie nouvelle ‘"constitue une explication soit lorsqu'elle fait apparaître un rapport nouveau entre des domaines de faits qui étaient conçus auparavant comme qualitativement différents, soit lorsqu'elle permet de prédire des faits qualitativement nouveaux"’ (p. 41). Signalons à ce stade que la nature de ce qui est à expliquer par la physique ou dans la vie quotidienne peut varier. Certains faits de la vie quotidienne ne sont pas explicables en l'état par la physique qui en isolera certaines caractéristiques ou les simplifiera. Il y a ainsi dans certains cas une reconstruction par la physique du réel à expliquer.
  Halbwachs distingue trois types d'explications dont se satisfont les physiciens. Il utilise pour ceci la notion de système physique, défini comme ‘un "ensemble d'objets ou de grandeurs, ou d'une certaine quantité de "substance", que nous savons isoler par la pensée et distinguer sans équivoque du reste du monde physique"’ (p. 42). Les trois catégories sont :

  • explication homogène ou formelle : elle ne fait pas appel à ce qui est extérieur au système, ni à d'autres variables que celles par lequel le système a été caractérisé ; il reconnaît lui-même que cette explication s'apparente davantage à une description mais qu'elle peut revêtir un caractère explicatif au sens donné ci-dessus ; ce type d'explication fournit davantage une raison, en donnant moins une cause qu'une description opératoire (en invoquant par exemple des éléments d'ordre théorique comme le principe de conservation de l'énergie ;

  • explication hétérogène, causale : dans le cas où la raison d'être des changements du système doit être cherchée hors du système, prenant généralement la forme d'un agent causal bien déterminé ; la causalité linéaire fait partie de cette catégorie ;

  • explication bathygène : ce type d'explication est très spécifique à la physique puisqu'il s'agit de changer de niveau de description et d'utiliser de nouvelles variables (il s'agit par exemple d'expliquer un phénomène macroscopique à l'aide d'un point de vue microscopique).

  Halbwachs souligne qu'il est possible de percevoir chronologiquement ces trois types d'explications au cours du développement de l'enfant, à partir des expériences réalisées par Piaget. Il nous paraît en effet pertinent et constructif de tenter de faire un parallèle entre l'explication scientifique et la compréhension psychologique, en considérant comme Halbwachs ‘"qu'expliquer, au plan épistémique, c'est comprendre au plan psychologique’ " (p. 49).