Le questionnaire comprend deux grandes parties. Les questions A, B et C ont été construites pour recueillir des informations sur l’organisation de l’enseignement des objets énergétiques de l’AU (réforme 1992) et sur les difficultés de leur enseignement. La question D propose deux exercices dont les solutions possibles exigent la manipulation d’objets énergétiques.
I.1. Organisation et difficultés de l’enseignement des objets énergétiques
A. Dans la liste suivante, quelles sont les notions que vous introduisez dans votre enseignement sur l’énergie en
1ère S (que vous introduiriez si vous n’enseignez pas en 1ère S).
Numérotez celles-ci dans l’ordre dans lequel vous les abordez
□
Bilan énergétique□
Chaîne énergétique□
Chaleur□
Formes d’énergie□
Principe de conservation d’énergie□
Puissance□
Rayonnement□
Rendement□
Système□
Transfert d’énergie□
Transfert thermique□
Transformation d’énergie□
Travail Autres :Commentez vos choix de la question A :
■ Choix d’introduire une notion donnée
■ Choix de l’ordre dans lequel vous introduisez les notions
B. Dans cette liste, quelles sont les notions qui vous semblent difficiles à enseigner. Pourquoi ?
C. Pour la notion « formes d’énergie », à votre avis et avec votre expérience, quelles formes d’énergie vous
paraît-il fondamental de présenter aux élèves.
(Par exemple : énergie mécanique, énergie cinétique, énergie potentielle, énergie électrique, énergie solaire, énergie nucléaire, énergie électrique, autres…)
Les questions A et B3 cherchent à caractériser :
- les objets énergétiques qui sont réellement enseignés, les raisons pour lesquelles ils le sont et l’ordre d’enseignement choisi (question A). Ceci permet d’examiner l’existence des objets. Les objets qui ne sont pas choisit ne sont donc pas visibles.
- les difficultés perçues par les enseignants dans cet enseignement (question B).
Les caractéristiques observées à travers les réponses des enseignants au questionnaire seront confrontées à celles de l’enseignement actuel de l’Énergie au lycée (2000) ou à la synthèse de la réforme de 1992 telles que nous les avons précisées dans la partie C.
I.2. Correction et explication par les enseignants de deux exercices
emblématiques des deux approches de l’Energie
D. Nous vous proposons 2 énoncés d’exercices. Pour chacun d’eux, je suis intéressée par l’usage que vous
feriez de ces exercices en tant qu’exemple en classe de 1ère S (le proposer ou non, le modifier, le corriger, analyser les difficultés)
Nous proposons deux exercices emblématiques des deux approches, l’Approche Universelle et l’Approche Particulière. Nous nous sommes appuyés sur les exercices des manuels pour construire ces exercices que nous allons expliquer après.
Nous avons montré qu’au lycée français la vie des objets énergétiques choisis et analysés dans la partie C est clairement imprégnée par une AU de l’Energie. En particulier, leur changement de statut dans les programmes de 1992 puis de 2000 est marqué par l’apparition de l’AU. C’est pourquoi nous avons choisi des exercices susceptibles de les mettre en jeu. Les objets à examiner sont : Principe de conservation de l’énergie, Bilan énergétique et Schéma énergétique, Transfert d’énergie et modes de transfert, Transformation de l’énergie.
I.2.1. Questions communes aux deux exercices.
Nous avons posé les mêmes questions pour ces deux exercices :
1) Pouvez vous écrire la correction que vous proposeriez aux élèves de 1erS pour leur faire comprendre ce qu’est l’énergie et son usage en physique. (Ce qui nous intéresse est le côté explication plutôt que le côté correction d’exercice)
2) Pensez-vous qu’un schéma peut aider les élèves à comprendre l’exercice ? Si oui, lequel ? (le réaliser et l’expliquer si nécessaire)
3) Proposeriez vous cette tâche dans une classe de 1erS ? □ Oui □ Non Pourquoi ? Quelles modifications apporteriez vous à cette exercice ?
4) Quelles difficultés des élèves prévoyez vous ? Pourquoi ?
En demandant une correction privilégiant l’explication, nous cherchons à accéder aux éléments du savoir qui, dans la position d’enseignant, justifient certaines manipulations des objets énergétiques présents ou pouvant être présent dans la solution. Le texte de la correction donne des observables sur ce qu’un enseignant peut attendre des élèves, la résolution d’un exercice appartenant au topos de l’élève.
L’explication d’une solution dans l’enseignement est le plus souvent orale. L’explication écrite (ou texte explicatif) demandée est une rupture du contrat didactique par rapport à ce que
fait d’habitude l’enseignant. Ce texte explicatif faisant l’objet d’une construction personnelle de l’enseignant se situe du côté du rapport personnel des enseignants aux objets intervenant dans la solution expliquée. Ce texte peut alors combiner deux rapports institutionnels à l’Energie qui contraignent le rapport personnel, celui du lycée et celui de l’université.
Cela nous conduit à formuler deux hypothèses :
H1- deux rapports institutionnel : Les explications des solutions des exercices écrits par les
enseignants (textes explicatifs) combinent deux rapports institutionnels à l’énergie qui contraignent le rapport personnel, celui du lycée et celui de l’université.
H2- jeunes enseignants : les textes explicatifs des « jeunes enseignants » se libèrent plus que
ceux des « enseignant expert » du rapport institutionnel à l’Energie du lycée.
En effet, un jeune enseignant est plus proche du rapport institutionnel à l’Energie de l’Université qu’un enseignant expert.
Rappelons que les schémas énergétiques sont des créations didactiques de la réforme de 1992 pour l’enseignement de ce thème au lycée et qu’ils sont variables, nous demandons (question 2) aux enseignants de proposer un schéma susceptible d’aider les élèves à « comprendre l’exercice », pour les deux exercices. Soulignons que pour l’exercice 2, emblématique de l’Approche Universelle, cette question est abordée à propos du Bilan, lieu privilégié pour l’usage d’un schéma énergétique.
Pour les questions 3 et 4, les commentaires des enseignants sur ces exercices permettent de savoir si ces exercices sont des exercices habituels de leur pratique d’enseignants de 1ère S et s’ils sont perçus comme difficiles.
I.2.2. Exercice 1
Exercice 1 : Un pendule est constitué d’une petite sphère métallique S, suspendue à un support fixe par un fil
fin, de longueur l = 1m. On écarte la sphère de sa position d’équilibre, d’un angle α0 = 45°, le fil étant tendu. On l’abandonne ensuite sans vitesse initiale.
a) L’énergie mécanique de S est constante ? Pourquoi ?
b) Calculer la vitesse de S lorsqu’elle passe par sa position d’équilibre.
Cette exercice oriente les réponses vers une Approche Particulière en abordant un phénomène mécanique : le pendule simple. Les questions sont posées à propos d’un objet énergétique du domaine de la mécanique et donc du point de vue de l’AP.
Nous plaçons cet exercice en premier car nous souhaitons que les enseignants commencent par une situation habituelle au Lycée et donc a priori non problématique.
En effet les exercices portant sur le pendule sont présents dans l’ensemble des manuels français et vietnamiens. Ce type d’exercice existe aussi dans les manuels français avant 1992, 1992 et 2000. Nous avons construit le premier exercice du questionnaire à partir des exercices ainsi collectés (Figure1., Annexe C1)
L’explication de la Conservation de l’énergie peut demander à utiliser le raisonnement sur le phénomène de Transfert d’énergie, c’est une occasion pour que nous puissions observer l’usage du Transfert d’énergie dans la réponse des enseignants.
Pour répondre à question b), il faut appliquer les équations de la Conservation de l’énergie. Nous voulons observer quelles équations sont choisies : celui du principe général ou de la Conservation de l’énergie mécanique ou bien du Théorème de l’énergie cinétique. C’est ici que nous pouvons examiner l’hypothèse H-Principe avec les questions attachées.
II.2.3. Exercice 2
Exercice 2 : Le moteur d’une perceuse a une résistance interne r = 3,5Ω. Il est alimenté par un générateur de
tension de f.e.m. E = 24V, par l’intermédiaire d’un variateur électronique. Lorsque le moteur tourne à vide, à la vitesse constante de 120tr.s-1, l’intensité du courant est I = 0,27A et la tension à ses bornes est U = 7,2V. a) Faire le bilan énergétique du moteur et le représenter par un schéma.
b) Quels sont les différents transferts énergétiques. Par quels modes de transfert se font chacun d’eux ? c) Quelles transformations d’énergie se produisent lors du fonctionnement de la perceuse ?
d) Calculer les puissances mises en jeu.
Nous avons conçu le deuxième exercice dans l’idée de créer une occasion de manipuler d’autres objets de l’Approche Universelle, objets que nous avons sélectionnés pour l’expérimentation. Nous nous sommes basés sur des types d’exercices communs aux manuels du programme de 1992 et de 2000 (Figure 2, Annexe C1)
Les questions de l’exercice du questionnaire permettent d’étudier les manipulations d’objets énergétiques analysés dans la partie C. Elles permettent donc de mettre à l’épreuve les hypothèses que nous avons dégagés dans le chapitre C4.
La dernière question (Calculer les puissances mises en jeu) est typique de ce type d’exercice. Sa résolution met en jeu la Conservation de l’énergie, et sollicite donc ainsi le Principe de conservation de l’énergie de manière implicite.