de nouveaux programmes… un lycée qui...

Montpellier, janvier 2013

De nouveaux programmes… Un lycée qui bouge…

Qu’apporte la didactique pour notre enseignement ?

Propositions subjectives…

Jacques Vince Lycée Ampère (Lyon), Groupe SESAMES

enseignant associé à l’Ifé- ENS Lyon [email protected]

http://pegase.inrp.fr

Montpellier– janvier 2013

Situations d'Enseignement Scientifique : Activités de Modélisation, d'Évaluation, et de Simulation


La didactique, c’est

Une prise de tête coupée de la réalité

Un moyen de quitter les élèves

Un truc qui pourrait être utile si on en tenait

compte dans les programmes

Une discipline sans utilité dans les IUFM

Un mot que les IPR aiment bien dire


Le chercheur en didactique et ses propositions : A sauver ou à jeter aux lions ?

Montpellier, janvier 2013 4

La didactique peut-elle sauver l’enseignement

des sciences physiques ?

Qu’a-t-elle à dire sur les nouvelles instructions ?


Qui sommes-nous ?

SESAMES

3 sous groupes

pluridisciplinaire

physique lycée

mathématiques – collège

des enseignants, rémunérés par l’IFé

3 chercheurs (+ doctorants)


La collaboration entre enseignants et didacticiens peut-elle fonctionner ?

Pratique de

recherche

Pratique

enseignante

Contenu disciplinaire

Outils généraux

Contenu disciplinaire

?

Une des modalités de navigation dans Pegase

La collaboration entre enseignants et chercheurs

Besoin

6


Les ressources disponibles •Les documents destinés aux élèves

- Partie n (activités) - Exercices de la partie n

•Les documents « prof » (aide à la mise en

place des activités et des exercices) •Pourquoi cette activité ? •Informations sur la préparation de l’activité •Analyse du savoir à enseigner et information sur le contenu •Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de prendre en compte leurs difficultés •Corrigé

•Des vidéos d’élèves en classe (sur certaines parties de programme seulement)

•Des textes plus généraux concernant cet enseignement

site PEGASE

http://pegase.inrp.fr


Les ressources disponibles


Vos attentes ?

• Présentation rapide de chacun-e

• Les attentes éventuelles avec lesquelles vous êtes venu-e…

• Les besoins ressentis actuellement

• Ce avec quoi vous aimeriez repartir…


Au menu, ou à la carte…

• Quelques constats sur notre « état » actuel

• Contexte institutionnel…

• Prendre en charge un programme

De l’analyse du savoir à et pour enseigner à la conception d’activités

– Hypothèses, modélisation, idées initiales…

– Structuration et rédaction des activités

• Structurer son enseignement par activités


Quelques constats…

Données extraites des dossiers de l’enseignement secondaire

L’image des Sciences Physiques et Chimiques au lycée (LEGT et LP)

Dossier n°181 (DEPP - Mars 2007)

661 LEGT, 528 LP, 6 acteurs par établissement (élèves, professeurs et chef d’établissement)

Enquête effectuée en octobre 2005

12

Quelques constats


La physique difficile et ennuyeuse…

• En LEGT

– 67 % des élèves trouvent la physique difficile (57% pour les maths..)

– 56 % la trouve ennuyeuse.

• En LP 52% la trouve difficile aussi

• Mais les élèves la trouvent aussi:

– Motivante !

– Passionnante !

• Elle est aussi : concrète (37 %) et intéressante (22%) mais inutile (34 %)

Les matières jugées les plus utiles et intéressantes : français, maths et SVT (en LEGT)

6 %

7 %

13

Quelques constats


Que font les élèves en classe de physique-chimie?

• 30 % ne sont jamais interrogés au début du cours sur ce qu’ils savent déjà du sujet traité.

• 31 % sont toujours ou souvent en train d’écrire sous la dictée de leur professeur

• Dans 18 % des cas la recherche d’une réponse à un problème ne se fait que dans le cadre expérimental.

• Avez-vous l’impression que ce que vous avez appris en Physique - Chimie vous sert dans votre vie quotidienne ? 60 % répondent NON.

14

Quelques constats


Quelques données sur ce qui encourage les élèves en science à partir d’une étude menée dans notre

équipe

Échantillon étudié : 552 élèves dont 226 élèves de 3e (108 G et 118F) 205 élèves de 2nde (109 G et 96 F) 121 élèves de 1ère S, STI, STL ou autres (93 G et 28 F)

Quelques constats


Pas du tout

+ un peu moyennement

Beaucoup +

complètement

Qu’est ce qui vous décourage le plus en classe de sciences ?

Proposition :

« avoir de mauvaises notes » 11% ne se prononcent pas

18%

55%

21%

Quelques constats

16


Qu’est ce qui vous décourage le plus en classe de sciences?

Proposition

« ne pas savoir utiliser le vocabulaire adapté »

49%

33%

Continuer

les sciences

Arrêter

les sciences

Une différence

significative entre ceux

qui veulent continuer

les sciences et ceux

qui veulent arrêter.

70% des 552 élèves répondent par l’affirmative (moyennement à

beaucoup)

- une différence significative entre ceux qui veulent continuer les

sciences et ceux qui veulent arrêter.

17

Quelques constats


Qu’est ce qui vous encourage le plus en classe de

sciences?

14%

58%

23%

Pas du tout

+ un peu moyennement Beaucoup +

complètement

Proposition :

« penser que les connaissances

personnelles que vous avez

du sujet sont utiles »

18

Quelques constats


Ce qui vous permet de comprendre la physique, c’est ?

Proposition « Faire moi-même des expériences »

0

10

20

30

40

50

60

Pas du tout


Beaucoup +

complètement

17%

19%

56% Pas de différence significative entre ceux qui veulent continuer et ceux qui ne veulent pas

19

Quelques constats


Ce qui vous permet de comprendre la physique, c’est ?

Proposition

« travailler avec mon voisin ou en petit groupe »

0

10

20

30

40

50

60

70

Pas du tout


Beaucoup +

complètement

17% 13%

63%

20

Quelques constats


Ce qui vous permet de comprendre la physique, c’est?

Proposition

« Faire des tâches adaptées à mes capacités »

0

10

20

30

40

50

60

70

Pas du tout


Beaucoup +

complètement

12%

21%

60%

21

Quelques constats


Comment ressentez vous l’enseignement des sciences

cette année ? Proposition « Vous vous ennuyez en cours »

0

10

20

30

40

50

60

70

80

30%

60%

Veu

len

t co

nti

nu

er d

es

étu

des

sci

enti

fiq

ues

Ne

veu

len

t p

as c

on

tin

uer

des

é

tud

es s

cien

tifi

qu

es

22

Quelques constats


Tous groupes confondus ils sont 42% à s’ennuyer en cours

Parmi les raisons interrogées trois raisons présentent un plus fort taux de liaison:

• « les connaissances enseignées en cours me semble très éloignées des connaissances du quotidien » 25%

• « le vocabulaire employé en sciences me déroute » 24%

• « le professeur dicte le cours et donne la bonne solution » 23%

23

Quelques constats


Mais au fait ?...

Faire de la physique, pour vous, c’est quoi ?


Actuellement pour l’institution, faire de la physique, c’est…

Observer…

Comprendre…

Agir…

27


Point d’étape

• La physique telle qu’elle est enseignée est plutôt mal perçue par les élèves et jugée difficile

• Les élèves ressentent de l’arbitraire et un prise en compte insuffisante de leurs idées

• Nous (professeurs) somme très attachés à l’ancrage dans le réel et la vie quotidienne


Point d’étape 2

• La recherche en didactique dispose de résultats qui pourraient être utiles dans l’enseignement, en particulier lorsque l'institution prescrit de nouveaux contenus ou de nouvelles méthodes

• Un enseignant est plutôt bien armé du point de vue des contenus, moins du point de vue de leur enseignement : devenir autant professeur de physique que physicien


Mais que peut-on améliorer ? Une marotte du didacticien…

Professeur

Élève Savoir

Relation didactique Relation pédagogique

Relation d’apprentissage

Mon triangle à moi, il a aussi trois côtés : saquer,

surcharger et sanctionner!

30

Didactique ?


Une « discipline » sous influences multiples

• Sciences de l’éducation

• Épistémologie

• Sociologie de l’éducation

• Psycho

• Psychosociologie

• Neuropsycho

• Linguistes

• …

31

Didactique ?


Le dilemme du lycée…

32

Aspects institutionnels

Contribuer à la culture

scientifique


Le contexte de l’introduction des thèmes

• Une urgence après un projet avorté.

• Une volonté réaffirmée d’ancrer

l’enseignement des SPC

« dans le réel ».



En 2nde… l’introduction des thèmes

34


- Des thèmes plaqués sur les anciens contenus

- Trois objectifs explicitement affichés :

Prise en compte de la diversité des élèves : accroissement de la liberté pédagogique

Intérêt des élèves (en donnant sens et cohérence…)

Adapté à la pédagogie de projet, autonomie…


En 2nde… l’introduction des thèmes

35


• Un point de vue utilitariste dans la déclinaison des thèmes (santé

surtout)

• Une volonté de redorer l’image de la discipline (physique et chimie au

service du progrès et du bien-être…)


Santé

Sport Univers

Ondes sonores Ondes électromagn

Lumière propagation

vitesse Atomes, noyaux,

charge Corps purs, mélange

Réflexion totale

Réfraction

Molécules (formules, modèles), isomérie

Tableau périodique

Solution : solvant, soluté, dissolution

Quantité

Concentrations

Ppe actif, excipient, formulation

Naturelle/synthétique

Extraction, séparation, identification

Groupe caractéristique

Synthèse

Relativité du mvt, vitesse, référentiel

trajectoire

Spectres émission et absorption

Action, force, effet de la force

Principe d'inertie Mesure temps/durées

Combustion

Pression dans les liquides, influence de la profondeur

Dissolution gaz dans liquide

Description de l'univers, structure lacunaire

Dispersion

Snell-Descartes

Masse et dimension de l'atome

Gravitation, pesanteur

Observation Terre, planètes

Loi de Boyle-Mariotte, limites

Pression d'un gaz, force pressante

Caractéristiques physiques

CCM

Système/réaction chimique, équation

Signaux périodiques

Année de lumière

Fréq. Période

Tension max min

Éléments, isotopes, ions,

duet-octet

Familles chimiques

Analyses médicales

Dilution

Matériaux

Espèce chimique

36


Santé

Sport Univers

Signaux

périodiques

Ondes sonores

électromagnétiques

Lumière

propagation.

vitesse

Atomes, élément,

etc…

Espèces chimiques,

corps purs, mélange

Réflexion totale

Réfraction

Molécules (formules,

modèles, isomères)

Tableau

périodique Solution aqueuse

Mole

Concentration

Principe actif, excipient

Naturelle/synthétique

Extraction,

séparation,

identification

Groupe

caractéristique

Caractéristiques

physiques

CCM

Synthèse

Transformation

/ réaction

Relativité

mouvement,

référentiel,

trajectoire

Spectres

Action, force,

effet de la force

Principe d'inertie Mesure d’une durée

Combustion Pression d'un gaz,

d’un liquide, force

pressante

Pression et

profondeur

Description

de l'univers

Dispersion

Snell-Descartes Gravitation

pesanteur

Techniques

d'observation

Boyle-Mariotte

Dissolution gaz dans

un liquide

37


La pratique du sport

38

La physique est une « aide à l’activité sportive »

L’analyse du sport est possible par la science…

Il faut trouver dans la physique ce qui permet cette analyse.

Nouvel habillage

Les situations sportives sont un champ d’illustration possible

pour enseigner certaines parties de physique

(Thème illustratif)

Habillage ancien

Les questions à traiter sont structurées par le sport

Les questions des élèves !



Éléments de contexte…

• Un contexte de réduction du temps d’enseignement (30 min en 2nde, un tiers de

l’horaire en 1ère S…)

• Des recommandations sur les méthodes pédagogiques

• Une évaluation nationale préservée

•Des compétences de nature très variées

39



Le cycle terminal

40


• Une tentative pour briser les thèmes classiques de la physique et de la chimie

• Mais le traitement scientifique de questions externes à la science reste marginal


Le cycle terminal

41


• Structuration via 3 phases de LA démarche scientifique

• Un triptyque observer, comprendre agir : emballage plutôt qu’outils de structuration des savoirs

• « s’appuient sur des entrées porteuses et modernes »…


La trilogie des compétences…

Observer… …le programme

Comprendre… …sa ligne directrice

Agir… …devant les élèves…

42



Forme des programmes

43


• Une structure en 2 colonnes

– Notions et contenus

– Compétences attendues

• Mais un pilotage par les compétences ?

• Sous-jacent :

un modèle assez transmissif


11 compétences

Mesures et incert.


En TS

45


• 11 compétences sur Mesures et incertitudes

• 118 compétences

92 non expérimentales

26 expérimentales

Ondes et matière

Lois et modèles

Défis

5 +1 17+7 6+2

10+6 17+5 5+1

8+1 14+1 9+3

23+8 48+13 20+6


De « nouvelles » compétences…

• Extraire et exploiter des informations… Une compétence non expérimentale sur 4 en TS (1/5 en 1ère S)

• Pratiquer une démarche expérimentale (11/26) • Mettre en œuvre une démarche expérimentale (7/26)

• Rédiger une synthèse de documents pouvant porter sur : - l’actualité scientifique et technologique ; - des métiers ou des formations scientifiques et techniques ; - les interactions entre la science et la société.



Du côté des enseignants…

Enquête 1ère S

Selon vous, le programme est :

- structurant en termes de connaissances et méthodes

scientifiques

- une suite de "briques" de connaissances et méthodes

séparées les unes des autres

47

Quelques constats

structurant 13%

suite de briques

73%

autre; 14%

N=320


Du côté des enseignants…

Enquête 1ère S Les contours du programme vous paraissent-ils assez précis ?

48

Quelques constats

N=243

Autre 3,8 % (12)

OUI 30,6 % (97)

NON 65,6% (208)

N=317


Encore un programme concocté par des

didacticiens coupés de la réalité


Didactique ?

50

« L’enseignant doit être un accompagnateur de

chaque élève dans l’acquisition de compétences qui

ne peuvent être opérationnelles sans

connaissances, qui sont à la fois la base et l’objectif

de la didactique, notamment scientifique. Formation

des esprits et acquisition de connaissances sont

deux facettes indissociables de l’activité éducative »

BO HS8 13/10/2011


Analyser des savoirs à enseigner et pour enseigner

• Une analyse « macro » : pour

structurer, trouver les cohérences, mettre en lien

• Une analyse « micro » : pour structure des activités, les rédiger et les mettre en œuvre

51


S’approprier un programme…

Ce travail se fait sous l’influence :

• des hypothèses d’apprentissage, en particulier pour l’apprentissage de la physique

• des objectifs en termes de méthode (ce qu’est « faire des sciences »)

• de l’analyse conceptuelle des savoirs nécessaires

• de la connaissance des idées initiales sur le sujet

• du temps d’enseignement

• de l’évaluation terminale, très sommative.

…

52

Ouais bah moi je suis payé pour enseigner ce qui est

vrai, pas les idées farfelues des élèves


Quelques outils…

• Prendre conscience, lorsqu’on enseigne, des hypothèses d’apprentissage qu’on fait fonctionner

● Expliciter le fonctionnement des sciences physiques, et en

particulier l’activité de modélisation pour analyser le savoir à enseigner

● Tenir compte de ce que les élèves savent déjà, en articulant les connaissances de la vie quotidienne et les connaissances de la physique

● Tenir compte de tous ces cadres d’analyse pour concevoir ET enseigner dans un temps contraint !

Ben déjà qu’on a du mal à leur faire apprendre leurs

cours…

.

53


S’approprier un programme, y mettre du relief…

(travail macro)

• Tenter de formuler un ou deux objectifs principaux par partie…

• Mettre en réseaux les concepts cités, repérer les concepts manquant…

• Hiérarchiser les compétences, les

reformuler éventuellement.

• Repérer le champ expérimental courant et le champ expérimental didactique connu 54


ROTH et al. (2011) étude sur les effets d’une formation des maîtres appelée Science

Teachers Learning from Lesson Analysis (STeLLA) sur l’analyse des pratiques dans l’enseignement des sciences pour des professeurs de l’école élémentaire

Suggère de :

• SUSCITER, SOUTENIR ET REMETTRE EN QUESTION CE QUE PENSENT LES ÉLÈVES

déjà pris en compte par sesames

• CRÉER UN SCÉNARIO AU CONTENU SCIENTIFIQUE COHÉRENT ce qu’on essaie de faire


Roth et al., 2011


Scénario au contenu scientifique cohérent :

• Identification de quelques objectifs principaux d’apprentissage

• Analyse des liens entre concepts

• Analyse et hiérarchisation des compétences du programme

• Rédaction d’un lexique associé à la séquence


Le cas de la mécanique en TS

58

Exemple d’analyse : mécanique


Objectifs principaux d’apprentissage…

1. Savoir décrire un mouvement et décrire une situation en termes de forces.

2. Savoir faire le lien entre mouvement et forces (lois de Newton) sur les situations suivantes : mouvement dans des champs de pesanteur et électrostatiques uniformes, mouvement circulaire d’un satellite et d’une planète.



Ces objectifs résultent de :

• l’analyse du savoir en jeu ;

• l’analyse des conceptions et des difficultés des élèves sur le savoir en jeu ;

• de choix faits par le groupe en particulier quand le programme est trop peu précis

61


http://groupe.sesames.free.fr/Cartes/Meca/cartes_2.html


Modélisation du mouvement Modélisation des actions



Hiérarchiser les compétences…

*** Compétence structurante indispensable

pour atteindre un des objectifs principaux

** Compétence qui renforce une

compétence structurante, ou utile à la

construction d’une compétence structurante

* Compétence n’ayant pas de lien direct

avec une compétence structurante et avec

les objectifs principaux



Quelques outils…


● Expliciter le fonctionnement des sciences physiques, et en particulier l’activité de modélisation pour analyser le savoir à enseigner

● Tenir compte de ce que les élèves savent déjà, en

articulant les connaissances de la vie quotidienne et les connaissances de la physique


.

64


Qu’est-ce que faire de la physique ?

Analyser et interpréter les objets et les événements du monde matériel (point de vue partagé par les élèves, qui disent davantage expliquer)

Faire des prévisions sur ce monde (peu évoqué par les élèves)

Ceci nécessite • d'utiliser des théories, des modèles, des concepts qui

permettent une certaine objectivation des situations ; • de simplifier, d’idéaliser, de faire des choix, de

confronter aux situations matérielles... bref modéliser...

65


Approche épistémologique

Activité de modélisation comme tâche centrale du physicien…

Suzanne Bachelard (1979) : « Loin de fonctionner comme copie, le modèle fonctionne

comme opérateur sélectif. » ; […] "Il représente non pas l'ensemble des propriétés du

réel, mais seulement certaines des propriétés[…] ; « le modèle n’est jamais pris en soi.

Il est toujours relationnel »

…mais que nous perdons de vue et qui est difficile

Einstein : «les concepts qui apparaissent dans notre pensée et notre discours

sont tous – du point de vue logique – de libres créations de la pensée qu’on ne

peut tirer inductivement des expériences sensorielles.

Si cela ne se remarque pas facilement, c’est seulement parce que nous avons

l’habitude d’associer si étroitement certains concepts ou chaînes de concepts

(énoncés) à certaines expériences des sens que nous ne sommes plus conscients

de l’abîme – logiquement infranchissable – qui sépare le monde des

expériences sensorielles du monde des concepts et des énoncés. »

66

La nature de la physique et son fonctionnement


Vers une épistémologie "scolaire"…

MODÈLE

Lois, principes, définitions, théorèmes, paradigmes…

En épistémologie Instrument reliant champs empirique et théorique

Objets, événements…

Apprentissage des élèves:

Relations difficiles et nécessaires

67



monde de la théorie et du modèle

Articuler les deux mondes...

monde des objets et des événements

Relations entre concepts

Relations entre événements et/ou objets

Relations entre concepts

et/ou événements/objets

Ce qui crée du sens La difficulté essentielle

68



Moi je pense que la physique est omniprésente autour de nous, pas question que je sépare ces deux

trucs



Cette activité de modélisation nécessite d'étudier des situations

“simples” et/ou très épurées... • pour lesquelles l'explication ou l'interprétation en termes de physique ne présente pas a priori un intérêt immédiat. • éloignées des situations que les élèves pourraient avoir envie de comprendre... • en utilisant un vocabulaire à manipuler avec beaucoup de précautions

Pour l'apprentissage initial...



Modélisation de la situation

(Monde des théories et des modèles)

FTerre/livre

FTable/livre

Un exemple classique…

Pourquoi ce livre est il immobile? Parce qu’il est soumis à deux forces qui se compensent !!!

R

P

Séparons la modélisation de la situation matérielle et justifions un minimum notre question

Dans la vie quotidienne, pas d’interprétation en termes de forces



Pour l'apprentissage ultérieur...

72 Nantes, mars

2010



Quelques conséquences...

- Expliciter l'activité de modélisation pour enseigner la physique de façon moins déroutante, en la rendant moins arbitraire ou en permettant de légitimer le changement de point de vue nécessaire. - distinguer les objets et événements des théories et modèles pour expliciter les liens à établir

(Gaidioz & Tiberghien, 2003 ; Gaidioz, Vince & Tiberghien, 2004)‏

- Se servir de cette analyse pour anticiper, repérer, analyser les difficultés des élèves, et éventuellement y remédier. Rôle central des modèles et des démarches de modélisation, tendant à expliciter le fonctionnement de la physique et de la chimie Les élèves semblent prêts.

73



Exemple de confusion des « deux mondes »

74



Premières conséquences

• Analyser le savoir en jeu en terme d'objets-événement et de théorie-modèle permet :

• d'aider l'élève à différencier et à articuler sa description de la situation matérielle et les théories/modèles qui en rendent compte

• d'expliciter (parfois a posteriori) les choix faits au sujet de la situation d'étude proposée

• Envisager des « petits pas » de modélisation (ce qui interroge en partie les situations très ouvertes...)

75



Premières conséquences

• Avoir conscience que l'impression d'arbitraire peut augmenter si on n'explicite pas et si on ne justifie pas l'articulation

• De façon générale, expliciter les démarches permet aux élèves de prendre conscience de ce que l’on attend d’eux et de leurs propres apprentissages

76

Enseigner la nature de la physique et son fonctionnement


Utilité de ce 1er cadre d'analyse

- Expliciter l'activité de modélisation pour enseigner la physique de façon moins déroutante, en la rendant moins arbitraire ou en permettant de légitimer le changement de point de vue nécessaire. - distinguer les objets et événements des théories et modèles pour expliciter les liens à établir

(Gaidioz & Tiberghien, 2003 ; Gaidioz, Vince & Tiberghien, 2004)‏

Rôle central des modèles et des démarches de modélisation, tendant à expliciter le fonctionnement de la physique et de la chimie Les élèves sont-ils prêts ? Et les enseignants ?

77

À votre avis ?



Une potentialité de l'expérience sous-exploitée ?

78

Ce cadre d'analyse permet aussi de mettre en évidence tous les rôles que peut jouer l'expérience dans les mises en lien des deux mondes :

• révéler les idées des élèves (situation-problème), leur en faire prendre conscience et mettre en place des outils pour modéliser

• valider un modèle (vérifier que…)

• susciter le besoin d’un (nouveau) modèle

• donner lieu à prévision à l’aide d’un modèle

• permettre d'explorer le champ de validité d’un modèle

Enseigner la nature de la physique et son fonctionnement


Pour les ondes

79



Pluralité de modèles et concepts associés

80



Cas de la perception sonore

81


SON

Mouvement

d'aller-retour (va vite, va loin, est rapide,

bouge plus)

vibration

modèle

événements

fréquence amplitude

Aigu/grave Fort/faible


L’expérience des deux micros

82


GBF A B A

M1 M2

Mvt relatif des micros

Mvt relatif des courbes

Représentation spatiale de

l’état de l’air à t Repérage de l

définition

Actions à mener pour mesurer l


Autre conséquence sur les ondes

83


• On ne voit pas une onde.


Activité

84


Pointer dans les compétences de chaque partie du programme de TS : • Ce qui est interne au modèle (M)

• Ce qui implique lien entre Modèle et Objet/événement (lien)

• Ce qui est interne aux objets/événements (OE)


Quelques outils…


● Expliciter le fonctionnement des sciences

physiques, et en particulier l’activité de modélisation pour analyser le savoir à enseigner

• Tenir compte de ce que les élèves savent déjà, en articulant les connaissances de la vie quotidienne et les connaissances de la physique


.

85


Connaitre, anticiper et prendre en compte les idées initiales des élèves

« Il fallait être Newton pour apercevoir que la lune tombe, quand tout le monde

voit bien qu’elle ne tombe pas. » P. Valéry, Mélange, 1939

Vie quotidienne / physique


Idées initiales

(Interférences Vie quotidienne / Physique)

Quelles conséquences pour les activités ?…

● Les tensions entre savoirs « quotidiens » et savoirs « scientifiques », peuvent être des sources d’incompréhension entre le professeur et l’élève.

● Elles peuvent être explicitées à l’élève pour qu’il puisse prendre conscience de ses propres apprentissages et du champ de fonctionnement des connaissances à acquérir.

Des connaissances qui peuvent interférer …

● soit en termes de vocabulaire commun mais à la signification différente.

● soit en termes de raisonnements intuitifs ou d’idées initiales.


87


Idées initiales ?

A- conceptions (recherche)

B- mots utilisés dans la vie courante avec

un sens différent de celui qu'il reçoit en

sciences

C- connaissances des élèves relevant

d’autres disciplines.

88



A- Les conceptions

Etude des conceptions :

– Recherche relativement récente (années 1970) basée sur la récurrence d’idées souvent "fausses" d’élèves les amenant à interpréter ou à effectuer un raisonnement non conforme à la discipline à apprendre.

– Une conception est un ensemble de connaissances ou de procédures que le chercheur attribue à l'élève pour rendre compte de ses réponses.

– Cette "construction" suppose que l'élève est "cohérent"

– Le chercheur postule que cette conception qui est apparue chez un groupe d’élèves va apparaitre aussi chez d’autres élèves d’où la nécessité de les connaitre pour mieux y faire face ou les anticiper.

89



Quelques caractéristiques des

conceptions • Une conception :

- peut être fragmentaire et partielle.

- peut ne pas se manifester toujours chez un même

élève (dépend beaucoup de la situation).

- a un certain domaine de validité.

• Les limites des conceptions:

- ne prend pas en compte le fonctionnement social

de la classe

- ne prend pas en compte les méthodologies mises

en place dans le cadre de la classe.

90



Exemples de conceptions classiques

• En mécanique : il y a une force dans le sens du

mouvement.

• En électricité : le courant s’épuise.

• En optique : l’image se déplace avec les rayons lumineux

donc peut être vue partout

• Sur les gaz : quand un gaz est comprimé, les particules

qui le composent le sont aussi.

• Sur les ondes ?... 91



B- Connaissances du quotidien

• Connaissances issues de la vie quotidienne: « Pour monter une côte, je dois accélérer » « l’air chaud monte » « Chauffer augmente systématiquement la température »

certaines sont utiles : la cause précède toujours l'effet ; la vitesse est une propriété de mon déplacement, pour allumer une ampoule il faut de l'énergie...

Souvent relié aux mots et/ou aux conceptions

• Mots de la vie courante ayant un sens différents en

Sciences Physiques: poids/masse sens/direction

accélération 92



C- Connaissances issues des autres enseignements

• Vocabulaire utilisé en mathématiques: – graphe /représentation graphique – dérivée (notation)

• Notion de modèle – littérature, – SVT – Mathématique

• Vocabulaire : – justifier; montrer; analyser...

• Méthodologie de résolution d’un problème • Consignes sur le tracé d’un graphe, sur la rédaction d’une

copie

93



1- Quelle(s) signification(s) a le mot force

dans la vie de tous les jours ? Les

conséquences pour les élèves.

2- Les conceptions sur force et immobilité

3- Les conceptions sur force et mouvement

94

Vie quotidienne / physique - Exemples


Significations de force

(Dictionnaire Trésor de la Langue Française)

A. [Comme propriété des êtres vivants] Énergie, pouvoir d'agir.

1. Énergie musculaire qui permet à un être vivant de réagir face à d'autres êtres, d'agir sur son environnement. Synon. robustesse, vigueur.

Avoir, ne pas avoir de force, avoir une force herculéenne; être, rester sans force; abuser de sa force.

2. Ensemble des ressources physiques, morales ou intellectuelles qui permettent à une personne de s'imposer ou de réagir.

95



Significations de force (suite) B. [Comme propriété des choses] 1. DYNAMIQUE. Ce qui modifie l'état de mouvement

ou de repos d'un corps. Parallélogramme de forces; résultante de deux forces; force centrifuge*, centripète*. Synon. énergie (potentielle ou cinétique).

Force acquise. Énergie qui se maintient une fois l'impulsion donnée.

2. Énergie qui est dans quelque chose. • [En parlant d'une chose concr.] La force de l'eau, du

courant. La force du vent, les accidents de terrain avaient empêché Michel d'entendre (R. BAZIN, Blé, 1907, p. 19)

96



Et pour les élèves ?... • La force n’est pas vue comme une

grandeur caractérisant une interaction mais caractérise plutôt l’objet

« La force de la masse vers le haut », « la masse a de la force vers le haut, sans ça comment tiendrait-elle en l ’air‏en‏haut‏de‏la‏trajectoire ? » (Viennot, 1989)

• La force sur devient la force de

• La force exercée par X sur Y devient la force de X sur Y, puis éventuellement la force de X.

97



Significations de accélération

(Robert)

1. COUR. Augmentation de vitesse. L ’accélération d ’un mouvement. Cette voiture a des accélérations foudroyantes. - FIG. Le fait d ’aller plus vite. L ’accélération du pouls, de la respiration, des travaux, de l ’histoire.

2. PHYS. Variation de la vitesse en fonction du temps. Accélération de la pesanteur. MATH. Vecteur accélération : vecteur dérivé, par rapport au temps, du vecteur vitesse d ’un point sur une trajectoire. Accélération négative.

CONTR. Ralentissement.

98



Comment construire des activités en

tenant compte des idées initiales ?

Différents types d’activités:

– Activités permettant à l’élève de prendre conscience de ses idées

initiales

– Activités prenant appui sur les idées initiales pour construire du

savoir en physique

– Activités illustrant la pertinence du modèle du physicien par

rapport aux idées initiales

Toutes ces activités ne sont pas toujours suffisantes :

– changement de situation réapparition de l’idée

– coexistence des deux points de vue

– Idées initiales non prévues

100



Objets actifs et objets passifs

• Objets actifs et passifs

– Un objet ne peut exercer une force que s’il est vivant, animé ou actif mais non passif.

« Mur qui pousse » ?? : c ’est l ’élève qui pousse et non le mur...

– Un objet plus gros plus lourd agit plus.

• Il y a action s'il y a mouvement

101






– Activités permettant à l’élève de prendre

conscience de ses idées initiales

– Activités prenant appui sur les idées

initiales pour construire du savoir en

physique

– Activités illustrant la pertinence du modèle

du physicien par rapport aux idées initiales

102



Force et actions réciproques

• L’action de A sur B ne peut pas être de même intensité que l’action de B sur A si il y a mouvement.

103



Force et immobilité

• Pas de force si un objet est immobile (par exemple un objet posé sur une table).

104



Force et mouvement

• Si un objet est en mouvement, il existe une force qui agit sur lui (ou il a une force), dans le sens du mouvement.

• À une vitesse constante correspond une force constante (la vitesse est même proportionnelle à la force).

• L ’accélération est due à l’augmentation de la force

105










physique



106



Force et mouvement (exemple)

Une pièce de monnaie est lancée à partir d'un point A en ligne droite dans l'air et rattrapée à un point E. Sur la ligne de gauche du dessin, tracer une ou plusieurs flèches montrant la direction de chaque force qui agit sur la pièce quand elle est au point B (trace des flèche plus longues pour des forces plus grandes)

J. Clement (cité par L. McDermott ou voir American Journal of Physics (1982, 50, 66 - 71). A E

B

107



Force et mouvement (exemple)

Réponse typique des étudiants (première année d'université)

• Quand la pièce monte, la "force de la main" diminue à mesure qu'elle fait déplacer la pièce. Quand la pièce de monnaie monte cette force doit être plus grande que FG , sinon la pièce descendrait.

108



A la recherche d’une cause cohérente...

L. Viennot propose une "conception" qui permet d'interpréter les réponses des élèves :

Si dans la question le mouvement est directement accessible, c'est-à-dire observé ou présenté sous forme d'un diagramme (ou se réfère à une situation très fréquemment vécue), deux cas se présentent :

• il y a compatibilité entre force et vitesse (force et vitesse de même sens ou les deux nulles), alors l'étudiant répond correctement (la force agit sur l ’objet);

• il n'y a pas compatibilité, alors l'élève propose une "force de la masse" (et non agissant sur), elle est alors proportionnelle à la vitesse (dans ce cas L. Viennot appelle cette force : le "capital force").

109



L ’hybride « capital force »

Ce capital force est étiqueté de façons

très diverses : force-élan-inertie-

énergie. Il est la cause du mouvement,

stocké dans l’objet en mouvement, et

s’use en même temps que son effet (le

mouvement).

110



Le mouvement et les forces

T = t0, lâche la balle T = t0+t la balle touche le sol

D'après Mc Closkey, Pour la science 1983

Étude auprès de lycéens et d’étudiants, filières scientifiques… (Mc Closkey, 1983)

• 45% savaient qu’elle continue d’avancer pendant sa chute

• 49% pensaient qu’elle tombait à la verticale à l’aplomb de l’endroit où on l’a lâchée

• 6% croyaient que la balle reculait en tombant

111



Des intuitions tenaces… Un objet a tendance à garder mémoire de son

mouvement antérieur…

30%

50%

20%

On fait tourner une balle au bout

d’un fil. On la lâche. Nantes, mars 2010



Conceptions classiques en électrocinétique

unifilaire Courants antagonistes

Épuisement du courant 113



L’image voyageuse

L’image est émise par l’objet et « voyage » jusqu’à l’écran en étant retournée au passage par la lentille (Viennot, L, 1996, Raisonner en physique, la part du sens commun, De Boeck Editeur).

115


Un exemple classique en optique


Conséquence

• Au collège comme au lycée, cette conception suggère également de faire réaliser une série d’expériences consistant: – à déplacer l’objet ou la lentille;

– à enlever ou cacher la lentille

– à former une image pour différentes positions de l’objet ou de la lentille;

– à utiliser plusieurs lentilles.

116










physique



117



Activité « cache sur la lentille »

• Sur le montage-professeur, on observe l’image du chiffre “ 1 ” sur l’écran, la mise au point étant réalisée.

Question : que pensez-vous observer sur l’écran si on place un cache contre la lentille, ce cache pouvant couvrir une bonne partie de la lentille?

118



Conduite de l’activité

• De préférence, les élèves sont autour de la paillasse du professeur, ils ne doivent pas pouvoir faire l’expérience avant d’avoir fait une prévision.

• Afin que la question soit bien comprise, la lanterne étant éteinte, le professeur masque la lentille

• Chaque élève prend position en annonçant clairement à la classe ce qu’il prévoit concernant ce qui sera observé sur l’écran quand la lentille sera masquée

119



L’adhésion à la tâche

• Les élèves sont motivés par cette activité car :

– ils peuvent tous prendre position

– ils savent que la réponse va être donnée immédiatement par l’expérience elle-même

– Ils s’engagent devant la classe

120



Un atout supplémentaire pour le professeur

• Le professeur est à peu près certain que plus de deux tiers de la classe ne va pas faire la bonne prévision: pour la majorité des élèves, l’image sera tronquée.

• Ce taux d’erreur est encore de 66% à bac +2 (Viennot, L, 1996, Raisonner en physique, la part du sens commun, De Boeck Editeur)

121



L’interprétation par le modèle

L’activité est d’autant plus convaincante pour les élèves et d’autant plus formatrice que le modèle rend parfaitement compte du résultat de l’expérience. Cette activité contribue à donner du sens au modèle, en particulier à la représentation de la marche de la lumière à travers une lentille.

122



Activité « on déplace l’écran »

• Montage paillasse professeur : « objet -lentille-écran », la mise au point étant réalisée.

• Question : prévoyez et expliquez ce que vous allez voir lorsque l’écran sera déplacé (un peu puis beaucoup)vers l’avant ou vers l’arrière du banc d’optique.

123



Réponses des élèves

• Une bonne partie des élèves pensent qu’ils verront encore quelque chose de net si on déplace l’écran. Ils précisent que ce sera plus net, plus petit ou plus grand, plus ou moins lumineux.

• Certains pensent que lorsque l’écran est très près de la lentille, l’image sera droite (erreur classique qui perdure parfois dans l’enseignement supérieur).

124



Intégrer des activités permettant à

l’élève de formuler ses idées

initiales et aider à leur prise en

charge

125



Quelle attitude face aux idées initiales?

• Avoir conscience des idées initiales ne suffit pas.

• Donner les moyens à l'élève d'exprimer ses idées…

• Rendre ces idées initiales explicites aux élèves ne résout pas tout.

• Accepter que le point de vue des élèves soit un point de vue

possible et non absurde.

Notre choix est de les prendre en charge dans notre enseignement en proposant des situations :

• faisant émerger explicitement ces idées avant de fournir l’interprétation du physicien (le modèle) ;

• pour lesquelles l'idée initiale n'apparaît plus pertinente pour l'élève ;

• permettant de surmonter ces idées en les mettant en regard du modèle du physicien, afin de justifier davantage le point de vue du physicien.

Une constante cependant…

Les conceptions sont très résistantes à l'enseignement. 126



Quelles conséquences pour les activités …

● Distinguer les différents contextes d’usage et les différents sens selon le contexte,

• Éviter l'ambiguïté au sujet du contexte lorsqu'on pose une question à l'élève ou assumer l’ambiguïté pour en faire un sujet de débat dans la classe ;

Interférences Vie quotidienne / Physique


Ces activités peuvent :

● permettre à l’élève de prendre conscience de ses idées initiales ;

● prendre appui sur les idées initiales pour construire du

savoir en physique ;

● illustrer la pertinence du modèle du physicien par rapport

aux idées initiales.

127


Pour aller plus loin…

128

Quelle influence de la vie quotidienne

dans le cadre d'analyse sur la modélisation

Nature de la physique et idées initiales


Objets - Evénements

Vie quotidienne

Théories - Modèles

Vie quotidienne

Vie quotidienne Théorie-

Modèle

Si un objet bouge, il y a

une cause

Un changement est du à

une cause

« raisonnement causal

linéaire »: à une cause

est associé un effet



13

0

R

P

Vie quotidienne:

la table empêche le livre de

tomber;

la table supporte le livre :

pas‏d’interprétation‏en‏termes‏de‏

force

Physique

Pourquoi ce livre est il immobile?

Parce qu’il est soumis à deux

forces qui se compensent !!!

R

P



13

1

Analyse du cheminement possibles de l’élève

Vie quotidienne

Un support empêche de

tomber

Vie quotidienne

Le livre est posé sur la table


Physique

Le livre est immobile

Physique

Sys soumis à deux forces

qui se compensent

Théories - Modèles



Connaissances de physique / connaissances de la vie quotidienne

132

Chaque domaine de connaissance met en jeu objets/événements et théorie/modèle

monde de la théorie et du modèle

monde des objets et des événements

en physique

en physique

dans la vie

quotidienne

dans la vie

quotidienne

c

a b

d



Un autre exemple : Début de 2nde ; le but de l’activité est de donner du sens aux

mots objets et action en physique (dans la vie quotidienne, la Terre par

exemple n’est pas vue comme un objet et le mot action est associé à un

événement qui met en jeu du mouvement, éventuellement brusque…), pour préparer la construction du concept de force.

Texte de l’activité : Vous disposez du matériel :

support, élastique, pierre. Une pierre est suspendue à un fil élastique. Elle est immobile.

Questions

a) Quels sont les objets qui agissent sur la pierre ?

b) Sur quels objets agit la pierre ?



Les concepts d’objet et d’action

Vie quotidienne L’élastique retient la pierre, pas d’action


Physique Élastique tient,

Terre attire

Physique Concepts d’objets en

physique, actions mutuelles

Composante théorique pour l’élève

Vie quotidienne Notions d’objets et de supports



Conséquence

• Avoir une vigilance constante quant au vocabulaire utilisé :

• Expliciter les différences de sens selon le contexte d'usage (force par exemple)

• Veiller à la nature du savoir à partir duquel l'élève doit justifier...

• Cette vigilance peut être relâchée lorsque le savoir est construit...

137



Exemple d’analyse : les ondes


Objectifs principaux… Pour comparer : cas des ondes en TS

- Savoir ce qu’est une onde et comment on la caractérise (donner du sens aux grandeurs associées)

- Savoir reconnaitre expérimentalement les phénomènes associés (propriétés)

-Diffraction

-Interférence

-Effet Doppler

…



Analyse des contenus



Finalement, avant de rédiger des activités…

Grille Objectifs principaux

Carte d’analyse du savoir et des difficultés

Hiérarchisation des compétences * ** ***

142


Quelques outils…


● Expliciter le fonctionnement des sciences

physiques, et en particulier l’activité de modélisation pour analyser le savoir à enseigner

● Tenir compte de ce que les élèves savent déjà, en

articulant les connaissances de la vie quotidienne et les connaissances de la physique


143


Ouais, reste encore à concevoir ces activités et à savoir comment les

mettre en œuvre …

Cahier des charges pour la rédaction

d’activité • Ce que nous entendons par activité

▫ L’activité permet à l’élève de découvrir un nouveau savoir ou savoir-faire, cela la différencie d’un exercice qui est un outil d’entrainement, de répétition

▫ L’activité doit permettre à l’élève une grande autonomie : il doit pouvoir comprendre l’énoncé sans aide et doit pouvoir fournir des réponses aux questions posées. Ces réponses peuvent être incorrectes du point de vue de la physique

• Place de l’activité dans l’organisation des connaissances ▫ L’activité doit s’insérer dans une progression, il

est donc important d'évaluer avant sa rédaction ce qui a été introduit avant et sur quelles connaissances l’élève peut s’appuyer lorsqu'il l'aborde

▫ Les objectifs de l’activité doivent être inclus dans les objectifs principaux de la progression, définis à partir du programme

• Critères qui nous paraissent essentiels

▫ L’activité doit permettre à l’élève de s’approprier de nouvelles connaissances

▫ L'objectif de l’activité doit être identifié et doit être cohérent avec la progression globale

▫ Chaque question implique un nombre restreint de tâches

▫ L'activité est construite de façon à réduire les difficultés qui ne font pas partie des objectifs de l'activité (conversions, changements d'unités, calculs compliqués … ).

Les hypothèses d’apprentissage

• Comment mettre en œuvre un enseignement

favorisant la compréhension de l’élève et son

implication dans la construction de son savoir ?

Hypothèses d’apprentissage

• On apprend à partir de ce qu’on sait déjà

▫ Cela concerne aussi bien les connaissances quotidiennes que scientifiques

• On acquiert énormément de connaissances quotidiennes sur le monde matériel qui nous entoure et ces connaissances sont le plus souvent opérationnelles

Tenir compte de ces connaissances quand on rédige une activité pour favoriser (ou non) leur mobilisation par les élèves


• On s’approprie le savoir par petits

éléments dans un ordre qui, en général, n’est pas l’ordre rationnel d’exposition du

savoir officiel

▫ Il y a donc une différence entre chronologie d’apprentissage et chronologie d’enseignement

Tenir compte quand on rédige une activité que ce qui a été enseigné au préalable n’est pas forcément compris par les élèves


• On apprend en communiquant avec les autres

▫ Quand il y a collaboration et confrontation (langage oral, écrit, gestuel, …)

Formuler l’activité de façon à ce que les élèves puissent discuter entre eux sur le savoir en jeu dans l’activité et non pas essentiellement sur la compréhension de ce qu’on leur demande


• On apprend quand on a un regard réflexif sur l’activité qu’on vient de faire

▫ Comment susciter cette attitude réflexive ?

Différentes solutions: introduire des questions demandant cette attitude, l’introduire dans la discussion en classe entière, ….

Hypothèses d’apprentissages :

4 points à retenir

• On apprend à partir de ce qu’on sait déjà

• On s’approprie le savoir par petits éléments

• On apprend en communiquant avec les autres

• On apprend quand on a un regard réflexif sur

l’activité qu’on vient de faire


Quelques conséquences pour la gestion de la classe

155

• Le point de vue de la physique comme le

résultat d'une négociation et d'une évolution...

• Le recours au texte du modèle.

• Laisser du temps aux élèves...

• Apprendre à gérer les différents niveaux

d'écriture

• L'importance de l'enjeu d'une activité

(motivation à court terme), différent du but

pédagogique de l'activité


Quelle organisation temporelle des séances ?

Enjeu

intro

Travail en petit

groupe

Mise en

commun- bilan

Explicitation du

savoir

Justification éventuelle

de l'activité suivante

Exercices Activité suivante

ou

de nouveaux programmes… un lycée qui...

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