QUELQUES REFLEXIONS A PROPOS D'UNE LECON
SUR LES RESSORTS PRESENTEE EN CLASSE DE 4e
Les Colljàgues chargés de l'enseignement de la technologie en clas-se de 4eJ se sont certainement trouvés confrontés à un certain nombre de diffi-cultés. Ainsi par exempleJ le manque d'attrait de ce progranme trop axé sur la mécanique-physique, a été depuis longtemps dénoncé dans les pages de ce
bulle-tin de même que dans nos diverses réunions.
La leçon présentée ici, ne constitue donc pas une justification ou une approbation totale de toutes les dispositions du programme. Il ne s'agit que du compte rendu d'une expérience dont le but essentiel était de susciter l'intérêt des élèvesJ tout en constituant une initiation ou tout au moins un éveil à un raisonnement scientifique fondé sur l'expérimentation.
Cette leçon se situe après l'étude des forces. La classe concernée est composée de 14 filles et Il garçons de 4e de type II située dans une banlieu ouvrière de Marseille. J'enseigne les maths dans cette même classe.
Les élèves sont habitués à travailler en équipes de 3 ou 4.
Chaque équipe a pu expérimenter sur un projet d'appareil de mesure d'intensité des forces conçu par elle. Tous ces appareils mettaient en action un système é-lastique. Les équipes ayant travaillé avec des ressorts cylindriques, ont obte-nu des graduations sensiblement régulières (aux incertitudes près, problème dont des élèves de fin de 4e sont conscients). Les ressorts cylindriques d ' au-tre part sont des objets familiers et se renconau-trent fréquemment sur des appa-reils que les élèves peuvent voir naturellement autour d'eux. Beaucoup d'ado-lescents ont manipulé ces ressorts un jour ou l'autre, en utilisant ou au cours de l'entretien d'appareils tels que bicyclette, cyclos, electrophones, sty-los ••• ). Certains de ces ressorts sont "durs", d'autres plus "souples". La leçon débute donc sur cette question: De quoi dépend la raideur d'un ressort donné 7" L'intuition, l'expérience vécue des élèves m'a permis de recueillir les réponses suivantes :
- La "grosseur" de la corde à piano - La "longueur" du ressort
- La "grosseur" du ressort, c'est-à-dire le diamètre de 1 'hélice. Je dois faire ici trois remarques :
1 - Une discussion s'est engagée sur la notion de "longueur" du res-sort. Cette discussion a permis de substituer à cette notion un peu vague celle de "nombre de spires".
-16-2 - Le type de matériau employé n'a pas été cité comme facteur in-tervenant dans la raideur, le fil d'acier s'imposant comme étant le plus couram-ment utilisé.
3 - Les termes entre guillemets sont ceux cités par les élèves. Notre action sur l'expression verbale peut ainsi être mise en évidence.
- La seconde question posée a été : - Comment mettre en évidence l'influence de chacun de ces facteurs sur la raideur?
-Réponses: On prend des ressorts de différentes longueurs, de
différents diamètres etc ••••• Je n'ai pas considéré cette réponse comme satis-faisante, car trop vague et peu précise.
- Question 3 : une bonne idée de l'influence de chacun de ces facteurs si nous comparons des ressorts très différents par le diamètre du fil, le nombre de spires etc •••••
Réponses: "il faut les mêmes ressorts, mais qu'une chose change". Réponse satisfaisante qui exprime à sa manière une méthodologie que nous connaissons bien.
Groupes
Nous passons alors à la phase expérimentale. Organisation du travail
Groupes de 4 élèves: soit 2 de 2 élèves.
A 1
equ1pe 2 B equ1pe 2 1 C equ1pe 2 1
Chaque équipe va fabriquer les ressorts dont elle a besoin , Il faut pour cela disposer de quelques manivelles de diamètres différents et de corde à piano de différents diamètres également et d'étaux. La dépense totale n'excède pas 20,00 F.et permet la fabrication de nombreux ressorts.
Groupe A
Voici un exemple du travail réalisé par un groupe
Equipe 1: dispose de corde à piano 5/10, a fabriqué des ressorts avec une manivelle de diamètre 8 • Les trois ressorts fabriqués avaient respectivement 28, 58 et 71 spires.
"-Equipe 2 : corde de 5110 manivelle de diamètre 5 • Les trois ressorts fabriqués ont aussi 28, 58 et 71 spires.
Les ressorts étant fabriqués, on passe à la seconde partie de la phase expérimentale: les mesures.
Chaque équipe à l'aide d'un dynamomètre détermine le coefficient de raideur des ressorts fabriqués.
Voici les résultats obtenus par une équipe
0,5 1 1 ,5 2 3 4 moyen de coefficient raideur
ressort 1
·
·
28spires 18 36 49· .
·
. · .
36 ressort 2·
·
58 spires 30 60 95· .
· . · .
61 ressort 3·
·
71 spires 45 93 130·
. · . ·
.
87Ces résultats peuvent être reportés sur du papier millimétré.
L'exploitation mathématique perme.t d'évoquer (par simple constatation graphique) les fonctions linéaires, la position des droites en fonction de la raideur (coef-ficients directeurs).
Tous les groupes ont pu constater que la dureté d'un ressort donné diminuait lorsque le nombre de spires augmentait.
Un groupe a pu établir (d'une façon assez confuse et intuitive) qu'il y avait "proportionnalité", ce que nous avons traduit d'une façon plus juste en disant que la dureté est inversement proportionnelle au nombre de spi-res. Sans doute aurait-il mieux valu guider la fabrication des ressorts et pren-dre des nombres de spires multiples les uns des autres afin d'établir la loi quan titative d'une façon plus sûre?
L'équipe 2 du même groupe a fait des mesures semblables avec ses pro pres ressorts. La confrontation des résultats des équipes 1 et 2 permet donc d'é-tudier l'influence du diamètre de la corde à piano, puisque le nombre de spires des 2 séries de ressorts est le même, seul le diamètre de la corde change.
Pour le travail d'un second groupe B, on prévoit équipe 1
équipe 2
corde de 5/10 manivelle
0
6 corde de 5/10 manivelle0
10Dans ce groupe, chaque équipe va étudier l'influence du nombre de spires, la confrontation des résultats des deux équipes permet d'étudier l'in-fluence du diamètre du .ressort (à condition que les équipes 1 et 2 aient aussi fabriqué des ressorts de même nombre de spires).
On peut imaginer pour d'autres groupes d'élèves des combinaisons
différentes. REMARQUES
1) Il aurait fallu fabriquer un plus grand nombre de ressorts afin que la comparaison des résultats des équipes 1 et 2 fournisse des conclu-sions portant sur un plus grand nombre de mesures.
2) Il est difficile de fabriquer des ressorts ayant le même nombre de spires. Il vaut mieux faire un plus grand nombre de tours de manivelle et de couper ensuite l'excédent (solution donnée par des élèves).
3) Pour gagner du temps, j'ai dû aider certaines équipes (filles) pour la confection des ressorts.
discus-
-18-sions intéressantes. La plupart des équipes ont constaté des écarts par rapport àce qui était prévisible, surtout pour des forces de faible intensité et pour des forces approchant la limite d'élasticité des ressorts. Il y a là une obser-vation à exploiter. Pourquoi ces écarts? sensibilité des ressorts, tension ma-ximum à appliquer etc ••••• Un élève a dit: "C'est comme sur les balances sur lesquelles on lit portée minimum et portée maximum". On est donc amené à conclu- . re qu'avant l'utilisation de tout appareil de mesure, il faut s'assurer de ses limites d'utilisation. Il y a là une bonne initiation, aux sciences et techni-ques et à l'utilisation de t9us les appareils de mesure utilisés en physique
(ampèremètres, voltmètres ••• ).
Certains esprits peu ou pas informés de notre enseignement vont peut-être penser qu'il s'agit là d'un travail "artisanal" sans grand intérêt. Les jugements déplacés, les qualificatifs excessifs, dont on peut espérer qu'ils dépassent parfois la pensée profonde de leurs auteurs, et que certains journaux mal informés ont accepté de diffuser, montrent qu'un travail d'information
vé-ritable est nécessaire. On ne fera rien de positif si l'on poursuit une critique stérile et maladroite de notre enseignement, s'appuyant sur une analyse par-tielle qui ignore volontairement les résultats obtenus.
Quant à nous, qui sommes au contact des réalités d'une classe de 4e, il nous paraît que ces modestes expériences avec leurs défauts, leurs lacu-nes ••••• auront tout de même permis de dégager l'amorce d'une démarche scienti-fique, et d'apporter à nos élèves quelques occasions de réflexion et d'imagina-tion créatrice.
A la vérité, deux questions se posent à nous - Qu'attendent nos élèves?
- Que devons-nous leur apporter et comment ?
Je peux témoigner ici que toute la classe, garçons et filles, a été intéressée par l'ensemble des activités proposées au cours de ces deux séan-ces d'une heure. Tous ont été motivés, actifs, ont pris des initiatives, ont participé à une recherche.
L'étude d'objets utilisant des notions plus complexes est-elle de nature à susciter une telle activité, réelle et non superficielle?
Il n'est pas sûr du tout qu'un adolescent de 14 ans se sente concer-né par l'étude de notions ou de systèmes complexes,mêmesi ceux-ci suscitent sa curiosité au premier abord. Très vite l'intérêt risque de tomber, et nous en reviendrons, j'en ai peur, à un cours magistral directif, parsemé "d'ins-tructions" diverses à exécuter sauvant ainsi les apparences d'une pédagogie qui se veut vivante.
Par contre, la nécessité de l'étude d'objets familiers suffisamment simples (ce qui n'exclut pas des études plus complexes: voir le programme
de 3e) est ressentie je crois plus profondément. L'élève apportera une contri-bution plus grande à cette étude, et cela se vérifie d'autant mieux, que l'au-ditoire auquel on s'adresse est d'un niveau plus modeste. Bons et moins bons élèves trouveront là à s'exprimer chacun selon ses aptitudes. Il ne faut sur-tout pas dans la perspective de nouveaux programmes, accentuer certaines er-reurs qui ont pu être commises et aggraver cette fâcheuse tendance actuelle à une abstraction trop poussée ne correspondant pas aux possibilités de jeunes adolescents.
Veut-on faire une initiation aux sciences et rechniques, ou re-cherche-t-on une accumulation de connaissances sans initiation préalable à
Notre intention n'est pas de vouloir figer la technologie dans sa forme actuelle, nous en connaissons les imperfections et les lacunes, mais nous souhaitons montrer qu'on ne doit pas rejeter en bloc un enseignement quand sur beaucoup de points il a donné satisfaction. Le véritable problème est de donner aux enseignants une formation sérieuse et un équipement suffisant.
Des initiatives courageuses ont été prises en 1964 par des novateur: conscients de la nécessité d'une réforme de l'enseignement scientifique dans le 1er cycle. Il est profondément regrettable, injuste et peu honnête que la ans plus tard, le succès de ces initiatives soit systématiquement ignoré, interpré-té, mis en cause de façon tendancieuse.
Que cache cette attitude ? Que recherche-t-on réellement ?