La présente recherche s'intéresse à l'apprentissage et à l'enseignement des sciences de la vie et de la terre auprès des élèves et de futurs enseignants. L'utilisation du temps géologique dans l'explication de quelques phénomènes naturels par les apprenants semble être difficile. Nous engageons donc une réflexion épistémologique et didactique pour l'étude de ce concept dans une approche interdisciplinaire en se basant sur des éléments d'histoire et de philosophie des sciences. Un diagnostic précis des difficultés d'apprentissages des apprenants, par le biais de maintes méthodes de recherche, pourrait permettre de comprendre leurs problèmes et de proposer des stratégies afin de faciliter l'acquisition, non seulement du concept de temps, mais aussi d'autres concepts en sciences. Cette recherche a donc comme objectif l'identification des obstacles épistémologiques à la problématisation du temps. Pour atteindre notre objectif, la démarche méthodologique suivie est pluriel. En premier temps, nous menons une exploration du terrain par une analyse de manuels et analyse des explications des élèves et des étudiants à propos des séismes, orogenèse et crise biologique. Ces deux phases ont été jumelées par une observation de classe et un entretien avec des étudiants. En deuxième temps, nous menons une étude interdisciplinaire par des ateliers-débats avec les échantillons concernés afin de suivre la construction du temps dans une démarche de problématisation et l'interprétation de l'origine possible des obstacles à cette finalité. La recherche a permis de dépasser le travail sur les conceptions à celui de la problématisation en identifiant un certain nombre de difficultés reliées à l'acquisition du temps géologique comme outil de mesure et de couplage de biologie-géologie. Les registres explicatifs dans lesquels travaillent les étudiants sont variés. Des registres favorisant la problématisation du temps tels que le mobilisme, l'évolutionnisme. D'autres registres dépendent des obstacles identifiés et ne favorisent pas la problématisation du concept en question. Les origines de ces obstacles sont plurielles. Un travail interdisciplinaire en se basant sur la construction de problème comme outil méthodologique didactique par le biais d'un débat mettant en jeu le rôle des questions de l'enseignant, l'histoire des sciences...etc. permettrait, non seulement de dépasser les difficultés à la problématisation d'un concept, mais aussi d'améliorer les méthodes d'enseignement. Ainsi des axes de recherches devraient être entrepris pour des approfondissements théoriques et pratiques.

L'enseignement est un champ d'études pour de nombreuses disciplines qui ne prennent chacune en charge qu'un de ses aspects particuliers, sans pouvoir assurer sa consistance avec les autres approches. L'auteur envisage ici les conditions qui permettraient une étude directe et scientifique – c'est-à-dire théorique expérimentale – du cœur de la relation d'enseignement dans ce qu'elle a de spécifique de la connaissance à transmettre. Il tente ainsi de prolonger la didactique classique, essentiellement normative, sous l'égide de l'épistémologie expérimentale et de l'anthropologie. Le but final reste de produire, améliorer, reproduire, décrire et comprendre les situations d'enseignement qui initient les élèves à l'activité et à la culture des mathématiciens. Le chapitre 1 montre sur un exemple – l'enseignement des rationnels et des décimaux – comment les concepts généraux permettent de classer les sources de questionnement, d'identifier certains phénomènes, de les expliquer, d'en tirer des problèmes précis concernant le type de situations dont l'élève doit prendre le contrôle pour s'approprier une connaissance correcte. Les renseignements que l'on retire de l'observation de la mise en œuvre de ces situations, constituent les bases d'une véritable épistémologie expérimentale. Le chapitre 2 est une étude du fonctionnement des situations didactiques du point de vue d'élèves en échec électif. Le chapitre 3 définit les concepts de base de la théorie des situations didactiques et présente une étude de leur consistance ainsi qu'une méthode de confrontation avec l'expérience ou l'observation Le chapitre 4 évoque quelques questions de méthodologie de la recherche en didactique et une méthode de contrôle de l'analyse factorielle des correspondances par l'analyse de l'espace explicatif. Le chapitre 5 montre deux applications possibles de la théorie dans l'étude de l'enseignement de l'énumération et de la géométrie. Les annexes présentent des études détaillées de certains aspects de ces travaux, en particulier la thèse de l'existence d'obstacles épistémologiques en mathématiques.