LA
PLAaE DE L'EXPERtENCE DANS
L'BNSEtGNEHENT DES SCtENCES
(*)
Synthèse par M. Letourneau
(*) Thème de l'Université d'Eté à l'ENS de CACHAN du Lundi 9 au V 13 Juillet 2001. Une Université pilo· tées par nos collègues Physiciens de I'UdP et de l'ENS. (Etaient associés I'UPS, I'UPA, I'UPSTI, I'SFP).
Félicitations à tous et encore bravo pour la qualité des exposés. A remarquer les mises en garde (courageuses) des risques du« tout TP à tout prix» et du « trop de TP »!
( NDLR: A déplorer une fois de plus, que nous n'étions que quelques coilègues de STI à suivre les débats et à participer aux ateliers ! )
Objectifs :Définir, dans le prolongement du plan de rénovation des sciences à l'école primaire, l'enjeu que re-présente l'expérience pour l'ensemble des sciences expérimentales (physique, chimie, biologie, mécanique ••• ) du collège à l'université. Réfléchir au statut et au rôle du travail expérimental. Montrer les liens de cette formation avec la construction des savoirs (dans la pratique scolaire et celle de la recherche), les besoins économiques et la vie en société. Identifier la contribution del'activité expérimentale dans le cadre des différentes formes d'aide in-dividualisée aux élèves et les apports que constituent les nouvelles technologies. Réfléchir à son évaluation dans le cadre scolaire et universitaire (en cours d'apprentissage et dans les examens et concours).
. .
·. Contenu : On propose de cerner le travail expérimental sous tous ses aspeCts, y compris historique (sa place depuis le XVIllème siècle) : d'étudier son statut dans la pratique scolaire (expérience de cours et de
TP·
ateliers scientifiques, Olympiades ••• ) et dans la culture du citoyen (musées scientifiques) ;de définir ses objectifs dans le milieu de la recherche et.de l'industrie; de réfléchir au concept de la mesure et au problème de la métrologie; de discuter de l'évaluation du travail expérimental; d'établir un bilan dans le cadre des réformes déjà engagées ( notamment dans certaines filières expérimentales)~ · · ·.
·PREAMBUlE~
. ·. · •.
Le développement des sciences expérimentales se fait
à travers une dialectique cbnstante entre expérience et théorie. Si ·les résultats expérimentaux sont satisfaisants, s'ils corroborent le modèle théorique, celui~ci sera conservé, voire amélioré, . si l'expérience infirme le modèle, celui-ci devra être revu; corrigé et, dans certains cas, abandol:mé complètement. C'est ainsi que se fait la recherche, ·c'est .ainsi• que des ·champs. disciplinaires nouveaux émergent, comme ce fut le cas de la Mécani-que QuantiMécani-que dans les années 1920 pour comprendre le problème de la stabilité de l'atome. C'est dire la place de l'expérience dans.la construction des connaissànces; elle sera illustrée, en clôture de notre Université d'été, par Philippe Grangier qui nous parlera des
interférences
àun
photon. ·
·
L'expérience, qui est au coeur de nos travaux, y sera largement représentée puisqu'élie clôturera toutes nos journées, sous des formes variées :
- Expériences historiques de mécanique et d'électros-tatique avec Pierre Lauginie,
- Expériences montrant la science au quotidien avec
Jaouad Zemmouri, .· - Expériences spectaculaires de physique et de chimie pour des élèves de.collège avec Jean-Charles Lapostolle et Denis Pouzet. ·
- Expériences de diffraction, simples ou complexes, avec Lionel Jacubowiez.
La conduite de l'expérience et sa maîtrise nous amè~ neront à réfléchir à certains aspects méthodologiques· et techniques indispensables, .comme la
planification
d'ex-périences
avec Eric Walter, lamesure
avec René Mo~reau, la
métrologie·
avec Marc Himbert, et lechOix des
capteurs
avec Bernard Journet.L'expérience en milieu scolaire a ses objectifs pro-pres dont les plus souvent cités sont : ·
-Motivation pour une·culture scientifique, - Découverte des lois et des concepts,
-Apprentissage des savoir~faire expérimentaux, - Acquisitionetdéveloppemént d'une attitude scienti-fique,
·- Acquisition et pratique de démarches scientifiques et d'investigations.
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Le statut de l'expérience (expérience de cours,
expé-rience de travaux pratiques) sera défini dans les confé-rences de René Moreau et Claudine Larcher.
La place de l'expérience sera ensuite largement discutée dans le cadre des ateliers, sous ses différentes approches en milieu scolaire: objectifs du TP (atelier 6), l'expérience en classe préparatoire aux grandes écoles (atelier 7), l'évaluation au baccalauréat (atelier 8), l'éva-luation aux concours de recrutement CAPES, Agréga-tion. (atelier 9) ; l'accompagnement individualisé de la pratique expérimentale sera traité à travers les travaux d'uinitiative personnelle. encadrés, TIPE (atelier 1) ; ou les TPE (atelier 2), mais aussi à travers les olympiades nationales de physique (atelier 3) et les ateliers scientifi-ques (atelier 4). Cette pratique expérimentale n'est possible qu'en étroite collaboration avec le personnel de laboratoire. La vie du laboratoire du lycée avec ses problèmes sera discutée dans l'atelierS.
Ces ateliers se tiendront le mardi 10 ou le mercredi 11 juillet, après midi. Ils seront repris le jeudi 12 après midi, si nécessaire. Ce jour là, deux autres ateliers seront proposés : l'un pour approfondir les expériences histori-ques, déjà présentées par Pierre Lauginie (atelier 10) et l'autre pour montrer une expérimentation virtuelle de thermodynamique avecRenaud Gicquel(atelier 11).
Dans le cadre de ces ateliers, nous ·pourrons ainsi déba.ttre en détail des différents aspects de la. pratique expérimentale au collège, au lycée et après le baccalau-réat. La désaffection des lycéens et étudiants pour les sciences y sera sans doute également évoquée. Une façon de la limiter est de rénover l'enseign.ement
des sciences. C'est l'objectif du Plan de Rénovation de l'Enseign.ement des Scien-ces et de la Technologie à l'Ecole,lancéen juin 2000 par le ininistre, qui s'appuie sur l'opération « La main à la pâte » expéri-mentée depuis 1995. Jean-Pierre Sarmant nous présentera cette vaste entreprise qui concerne les trois dernières années· de
l'école primaire et qui préfigure les changements atten-dus au collège et au lycée. Il nous montrera comment l'expérience facilite le « questionnement à la connais-sance».
Mais la formation à la pratique expérimentale ne se conçoit pas en dehors de ses interactions avec les besoins professionnels. Dans les laboratoires industriels comme dans certains laboratoires de recherche, les expériences sont devenues plus complexes, plus lourdes et plus chères aussi, la simulation et la modélisation y prennent une place de plus en plus grande, que ce soit au niveau de la éoriception de l'expérience ou au niveau de l'exploi-tation dès données. Ce thème sera traité et illustré par
Claude Fermon et Didier Collin. Alain Vanhoutte abor-dera ce thème, en tant que chef de travaux d'un lycée professionnel et technique.
L'expérience en situation médiatique. se distingue de l'expérience de recherche et de l'expérience en milieu scolaire ; son objectif est d'être spectaculaire, de créer la surprise et l'enthousiasme. L'abbé Henri Grégoire conce-vait ainsi la mission du « Conservatoire pour les arts et métiers » quïl avait fondé à l'automne 1794 : «Là se réunirortt tous les outils et machines nouvellement inven-tés ou perfectionnés. Là rien de systématique : l'expé-rience seule, en parlant aux yeux, aura droit d'obtenir l'assentiment. »
Jean Perrin, Prix Nobel de physique, sera lïllustre continuateur de cette oeuvre de vulgarisation en créant le Palais de la découverte. Dans le compte"rendu de l'expo-sition temporaire de 1937, alors quïl est sous-secrétaire d Etat à la . recherche· scientifique, il explicite ainsi les objectifs initiaux du Palais: «Nous avons d'abord voulu familiariser nos visiteurs avec les recherches fondamen-. tales par où s'est créée la Science, en répétant journelle~
ment les grandes expériences auxquelles ont abouti ces recherches,. sans abaisser le niveau, mais. pourtant de façon accessible à un très grand nombre d'esprits. Et nous avons voulu par ·là répandre dans le public le goût de la culture scientifique, en même temps que les quali~
tés de préCision, de probité critique et de liberté de jugement que développe cette culture et qui sont utiles et précieuses à tout homme, quelle que soit sa carrière. »
L'expérience en· situation médiatisée sera abordée. · dans le cadre d'une table. ronde à laquelle participeront : Jean Audouze pour· le Palais de la découverte, Marc Ferrnigier pour !Espace scienèe créé à lESPCI,
Domini-que Ferriot qui a dirigé ·la rénovation du musée du CNAM, Réal J antzen pour la Cité des sciences et Brigitte · Zana . pour Explo@dome. Par un jeu de quelques questions, nous essaierons de cerner· les spécificités de ce type d'expérience, à travers ·des. approches différentes puisque les établissements représentés n'ont pas . tous la même finalité : fomer peut être; informer. sûrement, c;est à dire proposer une mise en culture largemais élémentaire des sciences et des techni~ ques; ·
Cette discussion ··sur l'expérience· médiatisée nous amènera à faire des comparaisons (analogies etdifféren· ces) avec l'expérience en milieu scolaire et nous permet-tra de mieux en cerner les objectifs etlapratique.
Notre université d'été n'a pas oublié la dimension historique de l'expérience. Elle sera explorée dans deux conférences :. celle de Hervé Grau qui parlera de. la naissancedu statut de l'expérience de 1745 à 1829 ;celle de Christine Blondel qui ouvrira nos travaux en exposant les formes et fonctions de l'expérience dans la dîffrision des sciences, du :XVIII0
au
:xxo
siècles.Atlll 6'1'1 info-
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Au cours de ces quelques jours de travaux, nous pourrons ainsi enrichir notre réflexion et confronter nos points de à partir de notre expérience d'enseignant. Nous souhaitons que la convivialité de nos échanges et la qualité des connaissances acquises aboutissent à une
définition du rôle de l'expérience dans l'enseignement des sciences, lors. du bilan des activités de cette universi-té d'éuniversi-té .•
(Conclusions : Elles seront publiées dans le BUP)
LES CONFERENCES·
• L'expérience dans l'histoire ; • L'expérience de cours ;
• L'expérience en travaux pratiques ;
• Rénover l'enseignement des sciences et la technologie ou, du questionnement à la connais sance en passant par l'expérience
• L'expérience dans l'enseignement .est~elle inutile ou nécessaire pour la R & D ? • Le lycée professionnel et technique ;
• La maquette numérique dans l'industrie ;
• Mesures, erreurs, incertitudes en Physique-Chimie ;
• Métrologie : unités, références, incertitudes pour les mesures ; -Naissance du statut de l'expérience de 1745 à 1829 ;
• Choix des capteurs;
• Expérience et théorie : Interférence à un seul photon ... ; • Expériences historiques de la Mécanique ;
• . • La physique itinérante ;
~01· L'expérience et les TIPE
-02~ La mise en œuvre des TPE
-LES ATELŒRS •
-03- Olympiades Nationales de la Physique -04- Les ateliers scientifiques
-05-
Le laboratoire du lycée-0~ Les objectifs des travaux pratiques -07- L'expérience en classe préparatoire
-08- Evaluer la pratique expérimentale au baccalauréat : Pourquoi ?
-09.:... L'évaluation de la pratique expérimentale aux concours de recrutement .;10- Mécanique, expérience, histoire
-11- Expérimentations virtuelles en thermodynamique
