Didactique de l'astronomie

Pierre Chastenay ( UQAM )

L’astronomie est une science d’observation dont les objets d’études ne peuvent être transportés et disséqués en laboratoire. Tout ce que l’on sait à propos de l’Univers, nous l’avons appris en observant les mouvements de la voûte céleste et en analysant la lumière qui nous parvient des astres. Cette spécificité propre à l’astronomie – sa « distinction épistémique », en quelque sorte – fait que l’enseignement de cette discipline, désormais visé par le Programme de formation québécois au primaire et au secondaire, ne peut suivre les mêmes principes et démarches que les sciences expérimentales, comme la physique ou la chimie. L’astronomie est aussi une science éminemment spatiale. Les systèmes astronomiques à l’origine des phénomènes que l’on observe couramment (cycle diurne, phases de la Lune, saisons, mouvement des planètes, etc.) se déploient en effet dans un espace tridimensionnel, et leur apparence change selon le point de vue d’où on les observe (le point de vue allocentrique, i.e. la vue de l’espace). Pourtant, les observateurs terrestres sont confinés à un point de vue exclusivement géocentrique (la vue depuis la surface de la Terre) sur le ciel. Ce géocentrisme forcé est à l’origine de nombreuses conceptions premières en astronomie, conceptions que l’on rencontre chez les élèves, mais aussi chez nombre d’adultes, enseignants compris ! Enfin, les systèmes astronomiques sont hautement dynamiques : les astres – y compris la Terre, notre propre observatoire – sont en mouvement les uns par rapport aux autres, et la configuration des système change donc constamment. La compréhension des mécanismes à l’origine des phénomènes astronomiques courants exige alors de l’apprenant qu’il réussisse les tâches complexes de se représenter mentalement des systèmes astronomiques en mouvement dans un espace tridimensionnel et de multiplier les points de vue (géocentrique et allocentrique) sur ces systèmes. Comment l’enseignement de l’astronomie à l’école peut-il aider les apprenants à mieux réaliser ces tâches, tout en respectant la logique de la discipline ? Certainement pas à l’aide des représentations bidimensionnelles et statiques que l’on retrouve dans la plupart des manuels scolaires et dont on a montré qu’elles sont elles-mêmes à l’origine de nombreuses conceptions. Nous pensons plutôt que l’enseignement et l’apprentissage de l’astronomie doivent d’abord passer par l’observation systématique des phénomènes, puis par leur modélisation tridimensionnelle dynamique, qu’il s’agisse de modèles concrets que les apprenants peuvent construire et manipuler, ou de simulations numériques qu’ils peuvent concevoir et explorer. L’observation est en effet essentielle pour familiariser les élèves avec les éléments les plus saillants des phénomènes astronomiques. Ces observations deviennent ensuite les faits qu’il faut expliquer, par le biais de modèles ou de simulations. C’est en explorant des modèles, par exemple des globes terrestre et lunaire éclairés par une ampoule pour les phases de la Lune, ou des simulations, par exemple une séance de planétarium numérique capable d’emmener les spectateurs en orbite autour de la Terre pour étudier le cycle diurne, que les élèves développeront une meilleure compréhension des mécanismes à l’origine des phénomènes astronomiques. De plus, ces dispositifs didactiques réduisent la charge cognitive des apprenants en leur donnant directement à voir les relations spatiales et dynamiques au sein de systèmes astronomiques complexes. Enfin, une telle approche respecte la logique de la discipline en proposant aux élèves une démarche similaire à celle qu’empruntent les scientifiques et spécialistes du domaine.