Problème à résoudre

Nous utilisons ici le terme de problème dans un sens large, comme il est utilisé en psychologie pour différencier activités d’exécution et activités de « résolution de problèmes » (voir par exemple Richard, 1998, p.202-204). Nous discuterons les résultats obtenus du point de vue épistémologique d’une part, et par rapport à la notion de situation-problème telle que proposée par les programmes d’autre part.

Dans les 26 fiches recueillies, les problèmes formulés sont d’ordres divers.

Parmi les cinq fiches portant sur le test d’identification de l’eau par le sulfate de cuivre anhydre, deux fiches (F1.1, F1.5) restent très proches des directives des programmes : il s’agit de détecter la présence d’eau dans différentes substances, à l’aide du sulfate de cuivre anhydre. Deux autres fiches proposent une problématisation plus éloignée du libellé des programmes. Dans l’une (F1.3), il s’agit d’identifier du sulfate de cuivre anhydre parmi plusieurs poudres blanches, sachant qu’il permet de détecter la présence d’eau ; dans l’autre (F1.2), le problème est curieusement formulé : il est demandé aux élèves d’expliquer comment deux poudres de couleurs différentes – l’une blanche (anhydre), l’autre bleue (hydraté) – peuvent porter le même nom, « sulfate de cuivre ». Enfin, dans la fiche F1.4, il s’agit de distinguer deux échantillons de liquides incolores, l’un étant de l’eau, l’autre de l’éthanol. Pour résoudre quatre des problèmes posés dans ces fiches (F1.1, F1.3, F1.4, F1.5), il s’agit pour les élèves d’élaborer le test de reconnaissance de l’eau par le sulfate de cuivre anhydre. Contrairement aux quatre autres fiches, dans la fiche F1.2, les élèves ne disposent d’aucune information sur la possibilité de tester la présence d’eau grâce au sulfate de cuivre, et ne peuvent donc pas résoudre le problème en autonomie. Dans la suite de la fiche, c’est l’enseignant qui guide pas à pas les élèves en décrivant précisément les premières expériences qu’ils doivent réaliser : mouiller la poudre blanche, mouiller la poudre bleue. A partir de leurs observations, c’est aux élèves de proposer une expérience pour obtenir de la poudre blanche à partir de la poudre bleue.

Parmi les cinq fiches concernant le rôle de la lumière dans la vision, deux demandent aux élèves d’interpréter la vision en termes de trajet de la lumière (F2.4, F2.5), soit de l’objet vers l’observateur.

La première (F2.4) porte sur la position d’un rétroviseur en fonction de la taille du conducteur. La seconde (F2.5) demande aux élèves d’énoncer une théorie pour expliquer la vision d’un objet à partir d’une série d’expériences proposées par l’enseignant. Deux autres fiches (F2.1 et F2.2) demandent d’interpréter la formation de taches lumineuses, en termes de diffusion. La fiche restante (F2.3) questionne les élèves sur les conditions de visibilité d’un objet. Elle s’appuie sur une ampoule allumée placée dans une boîte trouée et dont les parois intérieures sont peintes en noir. Il s’agit de faire varier la position de l’œil de l’observateur, l’orientation d’un miroir placé dans la boîte, etc.

Parmi les cinq fiches concernant la formation d’une ombre, trois relèvent d’une étude des facteurs affectant les caractéristiques d’une ombre : la position de la source, de l’objet, etc. (F3.1, F3.2, F3.4). Les deux autres (F3.3 et F3.5) relèvent de la mise au point d’un dispositif en vue de produire un résultat, fixé par l’enseignant, une telle mise au point nécessitant la mobilisation des notions visées. Dans la fiche F3.3, il est demandé aux élèves de placer une maison sur un terrain de telle façon que le propriétaire ne soit pas gêné par le réverbère la nuit et puisse voir le sapin, de la fenêtre de sa chambre. Dans F3.5, on demande aux élèves de tracer un cercle sans compas. Nous sommes donc face à trois problèmes dont la finalité est d’étudier les conditions d’apparition ou de variation d’un phénomène (F3.1, F3.2, F3.4). Il s’agit donc de problèmes de type « représentation ». Tandis que les deux autres (F3.3, F3.5) visent la mise au point de dispositifs, tout en nécessitant une part de représentation des situations. Il s’agit donc de deux problèmes de type « intervention ».

Parmi les trois fiches concernant les combustions, l’une relève d’une étude des conditions de production du phénomène (F4.3) : à partir d’une photo représentant un feu de bois dans une cheminée, les élèves devraient, selon l’auteur de la fiche, se poser la question « que faut-il pour brûler ? ». Une deuxième (F4.2) vise l’interprétation d’une combustion comme transformation chimique. La question posée aux élèves est : « réalise-t-on une transformation chimique lorsqu’on fait un barbecue (on brûle du carbone) ? ». Enfin, la troisième concerne l’explication de la disparition du combustible uniquement (F4.1). On demande aux élèves d’expliquer pourquoi on ne peut pas réutiliser le même charbon pour faire un barbecue.

Pour les trois fiches concernant le dipôle ohmique (F5.1, F5.2, F5.3), il s’agit d’établir une relation entre intensité et tension. Dans deux fiches (F5.1, F5.3), il s’agit de départager deux personnages imaginaires en désaccord sur la façon dont varie la tension aux bornes d’une résistance en fonction de l’intensité du courant qui la parcourt. Dans F5.2, le problème est posé sans contextualisation : on demande directement aux élèves s’il est possible d’établir une relation simple entre l’intensité traversant un dipôle ohmique et la tension à ses bornes. Nous avons donc à faire à trois problèmes visant la mise en relation entre les différents paramètres en jeu dans un phénomène, ici le passage d’un courant dans un conducteur ohmique.

Pour les cinq fiches concernant les changements d’état, il s’agit d’interpréter un phénomène. Pour quatre d’entre elles, il est demandé aux élèves d’expliquer pourquoi des bouteilles en verre (F6.2, F6.3, F6.5) ou des pots en grès (F6.4) contenant de l’eau ont cassé lorsqu’ils ont subi des températures inférieures à zéro degré Celsius. La fiche F6.1 propose, quant à elle, d’expliquer la montée des océans en cas de réchauffement climatique.

Les vingt-six fiches analysées ont donc fait apparaître une variété de problèmes. Nous les avons regroupés dans le tableau suivant (tableau 3) en fonction de leur finalité (colonne « Repère épistémologique ») : mise en œuvre d’un test de reconnaissance, mise au point d’un dispositif permettant d’obtenir un effet souhaité, interprétation d’un phénomène, établissement d’une relation entre deux concepts, etc. Le tableau suivant illustre le fait qu’un même objectif du programme a donc pu donner lieu à des problèmes de différentes natures, et que certains objectifs se prêtaient davantage à certains types de problèmes. Par exemple, toutes les fiches recueillies portant sur la loi d’Ohm comportent un problème visant l’élaboration de cette loi par les élèves. La plupart des fiches portant sur la variation de volume lors d’un changement d’état invitent les élèves à interpréter divers phénomènes (la montée des océans en cas de réchauffement climatique, un pot en grès cassé après que la plante ait été arrosée et placée à l’extérieur en hiver, une bouteille en verre remplie d’eau cassée après passé quelques heures au congélateur). Il apparaît possible de caractériser la plupart des problèmes proposés dans les fiches au regard des les deux orientations proposées par Hacking (1984) : représentation / intervention.

Tableau 3 : Classification des problèmes formulés dans les fiches de préparation

Repère épistémologique Problèmes proposés dans les fiches Fiches

REPRESENTATION

Elaboration d’une loi
Etablir une relation entre intensité et tension F5.1, F5.2, F5.3

Interprétation d’un phénomène

Interpréter la formation de taches lumineuses
Interpréter la vision d’un objet

Expliquer pourquoi on ne peut pas réutiliser toujours le même charbon

Interpréter une combustion comme une réaction chimique

Expliquer pourquoi le niveau des océans monterait en cas de réchauffement

F2.1, F2.2 F2.4, F2.5 F4.1 F4.2 F6.1 F6.2, F6.3,

Expliquer pourquoi des récipients rigides contenant de l’eau se cassent, à des températures inférieures à 0°C

F6.4, F6.5

Etude d’un phénomène

Etudier les conditions de visibilité d’un objet
Caractériser ce qui fait varier la taille d’une

ombre

Etudier les conditions de production d’une combustion F2.3 F3.1, F3.2, F3.4 F4.3 INTERVENTION Mise en œuvre d’un test

Déterminer si un aliment contient de l’eau
Retrouver le sulfate de cuivre parmi cinq poudres,

sachant qu’il permet de détecter l’eau
Identifier des liquides incolores

F1.1, F1.5 F1.3 F1.4 Mise au point un dispositif en vue de produire un fait

Tracer un cercle sans compas

Placer la maison de monsieur Martin sur un terrain de façon à ce qu’il ne reçoive pas de lumière du réverbère

F3.5 F3.3

Toutes les fiches, à l’exception d’une seule (F1.2) ont pu être ainsi répertoriées. Ainsi, le tableau ci-dessus fait-il apparaître une grande diversité des problèmes proposés aux élèves. Nous sommes ici face à un spectre assez large de types de problèmes élaborés par les enseignants, proche de la variété des problèmes auxquels répond l’activité scientifique.

Signalons qu’au cours des entretiens, aucun des enseignants ne s’est spontanément exprimé sur le type de problème à résoudre. Lorsque nous leur avons demandé de commenter certaines situations de départ, aucune de leurs réflexions n’a concerné le problème posé ; leur attention s’est principalement portée sur le type de contextualisation propre à chaque situation.