L’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre








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L’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre,

un enseignement des systèmes dynamiques complexes
« Mettre sur toute chose l’accent circomplexe ! »

Paul VALERY
« Le principe de simplicité impose de disjoindre et de réduire.
 Le principe de complexité enjoint de relier, tout en distinguant. »

Edgar MORIN
- Sommaire -
I- Quels sont les objets complexes présents dans l’enseignement secondaire des Sciences de la Vie et de la Terre ? (page 2)
II- Les objets complexes de l’enseignement des Sciences de la Vie et de la

Terre, démarches mises en œuvre (page 38)

a- Regard sur les pratiques professionnelles

b- Déterminisme et causalités dans les Sciences de la Vie

c- L’explication en Biologie

d- La place de la démarche systémique

Les objets, les phénomènes nombreux, qu’aujourd’hui l’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre met sur la scène pédagogique aussi bien au collège qu’au lycée s’inscrivent dans des échelles de taille (de la molécule au système planétaire) et de temps (de la milliseconde au milliard d’années) tellement vastes, que leur investigation est rendue particulièrement malaisée et déroutante. De plus, leur multitude n’est rien, ne vaut rien si ces objets et phénomènes sont appréhendés isolément les uns des autres selon une approche seulement descriptive, donc sans un cadre structurant et cohérent qui permette de les penser et de donner à penser. Et ce cadre structurant mobilise un mode de pensée particulièrement opérant : le mode de pensée systémique qui fait des interrelations entre les éléments, le moteur de l’investigation.
Jacques Ricard, de l’Académie des Sciences, section Biologie intégrative, Professeur émérite de l’université Paris VII – Denis Diderot, dans un article de 2003 consultable sur internet, précise les caractéristiques des systèmes biologiques complexes :

« - Les systèmes dynamiques complexes renferment une certaine information et sont capables de moduler cette information en fonction de signaux émanant du milieu extérieur.

- Le comportement dynamique du système peut être décrit par ses propriétés dynamiques locales, qui expriment le comportement dynamique de ses éléments, et par ses propriétés collectives, caractéristiques du système pris dans sa globalité.

- Le système possède, en général, une organisation floue ; il n'est ni strictement organisé, ni totalement désorganisé.

- D'un point de vue thermodynamique, un système complexe est, en général, un système ouvert ; il échange de la matière et de l'énergie avec le milieu environnant et n'est donc pas à l'état d'équilibre.

- Un système complexe possède une histoire. Son état actuel dépend de ses états antérieurs (flèche du temps).

- Un système complexe présente, en général, des effets non- linéaires. Ces effets non- linéaires doivent se traduire par des phénomènes d'émergence et de seuil. »
Joël de Rosnay, promoteur et diffuseur en France de la pensée systémique avec son ouvrage de référence « Le Macroscope »(1975) fait intervenir, dans un ouvrage récent : « 2020 Les scénarios du futur », cinq facteurs pour définir un système complexe :

« - Premièrement, il est constitué d’éléments ou agents en interaction.

- Deuxièmement, un système complexe se caractérise par les très nombreuses relations qui s’établissent entre ces éléments et ces agents.

- Troisièmement, un système complexe se compose de plusieurs niveaux hiérarchiques (de complexité croissante ou décroissante selon l’approche retenue pour les étudier : approche analytique, approche globale ou systémique). Ces niveaux hiérarchiques (ou ces relations) peuvent former des réseaux interdépendants (ou intercommunicants), comprenant, aux nœuds de chaque réseau, des éléments ou des agents qui vont interagir.

- Quatrièmement, un système complexe adopte un comportement dynamique dans le temps, un comportement non linéaire. Celui-ci peut évoluer car bon nombre de systèmes complexes sont des structures dissipatives. Une structure dissipative est une structure traversée par un flux d’énergie (auquel s’ajoute un flux d’information dans les systèmes complexes). En dissipant l’énergie, la structure parvient à se maintenir dans le temps.

- Cinquièmement, un système complexe possède une capacité d’évolution dans le temps, et éventuellement, d’évolution vers une complexité croissante, en particulier lorsqu’il a des capacités de reproduction qui permettent à une amélioration de se généraliser. »
Comment l’enseignement des Sciences de la Vie et de la Terre, tel qu’il est construit aujourd’hui contribue-t-il à faire des objets qu’il traite des objets complexes composés d’éléments en interaction, organisés en réseaux hiérarchiques interdépendants, présentant un comportement dynamique et évolutif ?
I- Quels sont les objets complexes présents dans l’enseignement secondaire des Sciences de la Vie et de la Terre ?


OBJETS COMPLEXES

NIVEAUX

où ils sont traités

COMMENTAIRES




Ecosystème

Sixième

On distingue dans l’environnement des composantes minérales, divers organismes vivants qui ne sont pas répartis au hasard et des manifestations de l’activité humaine. Des interactions entre les organismes vivants et les caractéristiques du milieu structurent l’environnement.

Tout organisme vivant produit sa propre matière à partir de celle qu’il prélève dans le milieu. Les végétaux chlorophylliens n’ont besoin pour se nourrir que de matière minérale, à condition de recevoir de la lumière. Tous les autres organismes vivants se nourrissent toujours de matière minérale et de matière provenant d’autres organismes vivants.

Le sol abrite des êtres vivants qui transforment les restes d’organismes vivants en matière minérale.
Cinquième

Les caractéristiques du milieu déterminent les conditions de la respiration et influent ainsi sur la répartition des organismes vivants.

La répartition des organismes vivants aquatiques dépend de la teneur en dioxygène de l’eau.

La diversité des appareils et des comportements respiratoires permet aux animaux d’occuper différents milieux.
Seconde

La biosphère constitue l’ensemble de la matière vivante. Elle est le siège de cycles biogéochimiques de la matière (eau, dioxygène et dioxyde de carbone) qui impliquent des processus comme la respiration, la fermentation et la photosynthèse.

L’écosystème apparaît en Sixième comme

  • une entité spatiale (le milieu) définie par ses caractéristiques climatiques (température, hygrométrie, éclairement);

  • une entité spatiale caractérisée par des êtres vivants qui occupent le milieu en fonction de leurs besoins ;

  • une entité spatiale de transfert de matières entre les producteurs primaires, les producteurs secondaires et les décomposeurs et de recyclage de la matière grâce aux décomposeurs du sol qui opèrent la minéralisation de la matière organique.

  • Une entité spatiale caractérisée par une dynamique de ses populations végétales et animales.

L’écosystème apparaît en Sixième comme une entité dynamique, définie par des caractéristiques climatiques, des populations végétales et animales capables d’y satisfaire leurs besoins et organisés en un réseau alimentaire complexe de transfert et de recyclage de la matière.

En Cinquième, l’occupation d’un espace, d’un territoire (comme une rivière) par les êtres vivants est expliquée par la relation entre les caractéristiques physico-chimiques des milieux qui le composent d’une part et les dispositifs anatomiques présents chez les êtres vivants d’autre part.
En Sixième comme en Cinquième, l’Homme est montré comme interagissant directement avec son milieu, qu’il modifie, perturbe, exploite, aménage. L’écosystème peut être dès lors être considéré comme un socio-agro-écosystème.
En Seconde, on opère un changement d’échelle. De local, l’écosystème devient planétaire et constitue alors la biosphère, l’une des enveloppes de la planète Terre, en interaction avec les autres enveloppes : lithosphère, atmosphère et hydrosphère.

Ce qui importe à ce niveau de la formation, c’est moins l’exhaustivité dans la présentation des cycles que la mise en évidence des mécanismes complexes qui interviennent dans la régulation de la teneur du paramètre qu’ils traitent. A ce titre, le cycle du carbone constitue un bon exemple : l’identification des réservoirs au CO2 planétaires impliqués est aisée et les mécanismes intervenant dans les transferts de CO2 sont facilement identifiables.
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