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ES ACTIVITÉS DE RÉSOLUTION DE PROBLÈMES EN PHYSIQUEMonique Goffard
Avant d’aborder une des recherches que nous avons menées sur la résolution de problèmes papier-crayon, en physique, je tenterai, pour la situer, un rappel sur le rôle du problème dans l’enseignement et les différentes recherches en ce domaine, en France.
1. LES FINALITÉS DU PROBLÈME DE PHYSIQUE DANS L’ENSEIGNEMENT
Deux finalités sont assignées au problème dans l’enseignement : l’évaluation des connaissances acquises
l’apprentissage de concepts en physique (schéma 1). Les recherches portent essentiellement sur l’apprentissage. Elles concernent le problème :
comme application pour apprendre les concepts de physique, pour construire des concepts, et l’on parle alors plus volontiers
Construction des concepts Situations-Problèmes ÉVALUATION APPRENTISSAGE Le professeur de physique Experts/novices Recherches sur la modélisation Recherche // Théorie des situations Le chercheur Problème ouvert Pratiques sociales de référence
Application des concepts Problèmes Papier/crayon
Schéma 1 : Finalités du problème
Dans les recherches sur le problème comme application deux pratiques sociales de référence sont prises en compte. La pratique du professeur de physique ; le paradigme dans lequel se situent ces travaux est celui qui distingue les experts des novices, les problèmes envisagés sont fermés (Caillot, M., & Dumas-Carré, A.,1987). L’autre pratique sociale de référence est celle du chercheur en sciences, c’est dans ce domaine que se situe la recherche dont je parlerai, et les problèmes choisis sont plus ou moins ouverts. (Dumas-Carré, A. & Goffard, M., 1997)
Lorsqu’il s’agit de construire des concepts, des situations problèmes ont été construites dans deux cadres :
celui de l’apprentissage de la modélisation (Martinand, J.-L., 1992 et 1994) ;
celui des recherches menées par l’équipe de Grenoble qui a tenté un rapprochement avec la théorie des situations de Brousseau (Robardet G., 1997 et Viard J., 1990-1991).
2. UNE PRATIQUE SOCIALE DE RÉFÉRENCE POUR DES PROBLÈMES D’APPLICATION
Dans un travail mené en commun avec une équipe de chercheurs espagnols (D. Gil Perez et ses collaborateurs), A. Dumas-Carré et moi-même, avons tenté d’introduire un enseignement d’une méthodologie de
résolution de problèmes dans une classe de première scientifique. Je rappellerai rapidement les grandes lignes de cette recherche. (schéma 2).
mettre l'élève en situation de recherche productive • situations problématiques ouvertes
• organisation en groupes
Une conception sur la construction des connaissances
Une conception de la science comme pratique
Analyse des activités intellectuelles transposables en apprentissage
Schéma 2 : Problème application. Pratique sociale de référence : le chercheur
Nous sommes partis d’une conception de la science prise comme activité sociale et dans laquelle les résultats sont validés par une communauté. La physique n’est pas un corpus de connaissances fermé mais évolutif, en construction permanente et nous avons cherché quelles étaient les activités intellectuelles, menées par des chercheurs scientifiques, qui étaient transposables en apprentissage et en résolution de problèmes papier-crayon. Nous avons considéré, par ailleurs, que les élèves construisaient leurs connaissances au cours d’interactions diverses : entre eux, entre l’enseignant et eux, entre leurs représentations et celles que construit la communauté des physiciens et dont l’enseignant est le représentant en classe. Ces différentes idées nous imposaient des conditions sur les tâches et sur l’organisation de la classe.
2.1. Mettre les élèves en situation de recherche productive
Les élèves travaillent en groupes ; après une tâche, correspondant à une activité menée par le groupe, les résultats des recherches sont consignés au tableau et discutés par l’ensemble de la classe avant de passer à une autre activité. Les élèves sont ainsi mis en situation de recherche productive ; leurs représentations, comme les concepts de physique se discutent. Les limites et les domaines d’application des uns et des autres
sont envisagés. Cette manière de procéder favorise les interactions entre élèves durant le travail de groupe ; notre analyse de leurs discussions montre une implication forte des participants pour essayer de comprendre les situations proposées et communiquer leurs résultats. La discussion de classe permet d’élargir le champ des interactions.
2.2. Les situations problématiques ouvertes
Les tâches sont élaborées pour permettre aux élèves de mener les activités de recherche que nous avons définies comme transposables.
Nous avons choisi des situations problématiques ouvertes afin que les élèves puissent :
préciser la situation à étudier et ainsi ;
choisir une modélisation de la situation donnée, en général en termes de phénomènes, et sans données ;
émettre des hypothèses sur les facteurs intervenant dans la situation envisagée ;
conduire différents chemins de résolutions, lorsque cela était possible, compte tenu des connaissances des élèves ;
discuter les résultats obtenus en fin de résolution en les confrontant aux hypothèses émises et aux connaissances acquises.
Ces choix sont souvent limités par les contraintes de l’enseignement : les situations sont définies en rapport avec l’avancement des concepts vus en cours et plus ou moins bien assimilés.
Les situations problématiques peuvent être :
Ouvertes sur la situation. Par exemple « On lance un objet, jusqu’où monte-t-il ? » Il est possible de choisir, dans ce cas, un lancer vertical ou oblique, avec ou sans frottement. Cette situation est bien connue des didacticiens pour faire émerger les représentations des élèves. Dans ce problème, on peut distinguer deux phases, celle du lancer et celle de la montée de l’objet, et dans ces deux phases, les forces agissant sur l’objet ne sont pas les mêmes.
Ouvertes sur la situation et la question. « Un piéton arrive sur une voie à grande circulation, il veut traverser, une voiture arrive. Traversera-t-il ? ». C’est une situation qui est famTraversera-t-ilière, toute la modélisation est à
déterminer compte tenu de l’expérience de chacun et de ce qui est possible d’étudier en classe. La question est à définir, là aussi en fonction de ce qui est possible de traiter à un niveau donné d’enseignement.
Ouvertes sur le chemin de résolution. « un skate-boarder descend une pente avant de rouler sur une route horizontale. Sur cette route se trouve une ligne d’arrivée. Combien de temps mettra-t-il à l’atteindre ? » Ce problème est typiquement choisi en fonction de l’avancement du cours de physique et montre les limites de l’ouverture. La situation, est relativement factice et n’a que peu de rapport avec une situation liée au réel. Le problème peut être traité de différentes façons soit d’un point de vue énergétique soit en appliquant la relation de la dynamique, c’est là son seul intérêt.
3. ÉLÉMENTS DE CONCLUSION
L’intérêt de ces situations ouvertes est bien sûr qu’elles permettent une expression des représentations diverses des élèves et un travail sur ces représentations : quelles sont leurs limites de validité, leur champ d’application, leur cohérence. Elles sont aussi intéressantes par les variations qu’il est possible d’introduire. Par exemple, la situation de lancer d’un objet verticalement vers le haut et sans frottement a permis ensuite d’envisager, à l’incitation des élèves, un lancer avec frottement constant puis une chute avec frottement variable. En même temps, le rapport au réel n’est pas toujours facile à trouver ni pertinent et les limites des problèmes papier crayon apparaissent, l’extension à des situations problèmes expérimentales est souhaitable.
RÉFÉRENCES
CAILLOT, M., & DUMAS-CARRÉ, A. (1987). PROPHY : un enseignement d’une méthodologie de résolution de problèmes de physique. In J. Colomb & J.F. Richard (Eds) : Résolution de
problèmes en mathématiques et en physique. Paris : INRP
DUMAS CARRE, A., & GOFFARD, M., (1997). Rénover les activités de
résolution de problèmes en physique. Paris : Colin.
GIL PEREZ, D., MARTINEZ TORREGROSA, J & SENENT PEREZ, F. (1987). La résolution de problèmes comme activité de recherche : un instrument de changement conceptuel et méthodologique. Petit X,
14-15, 25-38.
LEMEIGNAN, G. & WEIL-BARAIS, A. (1993). Construire des
concepts en physique. Paris : Hachette.
MARTINAND, J.-L. (1992). Enseignement et apprentissage de la
modélisation en sciences. Paris : INRP.
MARTINAND, J.-L. (1994). Nouveaux regards sur l'enseignement et
l'apprentissage de la modélisation en sciences. Paris : INRP.
ROBARDET, G. (1997). Le jeu des résistors : une situation visant à ébranler des obstacles épistémologiques en électrocinétique, Aster,
24, 59-79.
VIARD, J. (1990-1991). Essai d’élaboration d’une stratégie didactique.
