EN TISSANT DES REPRÉSENTATIONS DU MONDE
Enseignement et Physique Quantique
Ana CARDOSO*, Nilza COSTA* et Mariana VALENTE**
*CIDTFF- Universidade de Aveiro et **CEHFC- Universidade de Évora (Portugal)
MOTS-CLÉS : MULTIDIMENSIONALITÉ – FORMATION D'ENSEIGNANTS –
CONNAISSANCE SCIENTIFIQUE – PHYSIQUE
RÉSUMÉ : La multidimensionalité apparaît, aujourd’hui, comme centrale dans les processus de
formation. La recherche de croisements possibles entre les plusieurs formes de connaissance et d’expression humaines pour l'appréhension du monde devient importante. On explore ici cette perspective dans le contexte de la formation des enseignants, sur base d'une recherche/action centrée sur la Physique Quantique, pour le développement d'une professionnalité plus ouverte à l'esprit du temps présent.
ABSTRACT : Multidimensionality emerges, today, as central in educational and training
processes. The pursuit of possible crossings between the various forms of knowledge and human expression for the capture of the world is relevant. We explore this path in the context of Physics teachers training, based on a research/action focused the topic of Quantum Physics, to develop a professionality more open to the spirit of the present time.
1. INTRODUCTION
Au cours du dernier siècle un changement radical s’est produit dans la façon de comprendre et d’expliquer la réalité. La Physique a eu un rôle très important et, en particulier, la Physique Quantique.
En parallèle à l'évolution de la connaissance scientifique, et partiellement associée à celle-ci, la position de l'homme dans la planète a changé et exige aujourd'hui des changements d'attitude. En reconnaissant que l'avenir ne nous est pas donné et n’est pas garanti (on se réfère au travail de Prigogine1, par exemple) l’Homme a développé la conscience qui impose la nécessité d'agir.
Ainsi, la contemporanéité exige qu'on introduise, au niveau de la didactique des sciences, des innovations cohérentes qui assurent une double fonction : d'une part, celle de rendre possible un apprentissage significatif, une connaissance construite dans le réseau le plus vaste des connaissances d'une personne (selon la perspective d'Ausubel), mais qui s'ouvre à l'incertain ; d'autre part, celle de contribuer à une éthique de citoyenneté globale, intégrée dans une éducation pour l'ère planétaire, idée très présente dans l'œuvre d'Edgar Morin. Je crois que ces deux visées seront mieux atteintes si on les lie entre elles : la relation qu’on peut établir avec la connaissance conditionne la relation avec le monde, et vice versa.
Dans la relation de chacun avec le monde et avec la connaissance, relation inscrite dans la culture, dans les processus de construction de la connaissance personnelle, la multidimensionalité humaine émerge comme centrale et doit être prise en considération. Dans cette perspective, il y a un défi pour la consolidation d'une nouvelle didactique mais surtout pour la formation d'enseignants. Un enseignant de sciences physiques, dont la leçon porte sur une réalité aussi éloignée de nos sens que l'infiniment petit par exemple, doit être attentif aux liens possibles, afin de fournir à ses élèves des éléments pour la construction de représentations personnelles, de sens individuels, de liaisons uniques de chacun au monde. L’exploration de croisements, entre l'art, la littérature, la technologie, la science, pourra devenir une méthodologie plus adéquate à notre contemporanéité.
Ici, je considère comme centraux les processus qui, bien que et nécessairement se déroulant dans un collectif, sont centrés sur la personne et sa relation avec le monde et avec la connaissance. La complexité, en tant que stratégie de connaissance, à la fois invite à des projets innovants et s’y pose en défi.
La complexité a été l'idée de départ pour la conception, la mise en œuvre et l’évaluation d'un Cercle d'Études dans le contexte de la formation continue d'enseignants de Physique et de Chimie de l’Enseignement Secondaire, réalisée à l'Université d'Aveiro. On a formulé l'hypothèse qu’une multidimensionalité (Morin, 2002) qui serait pilotée par les enseignants eux-mêmes, entrelaçant des
contenus disciplinaires, de la réflexion épistémologique, et des parcours individuels, pourrait constituer une méthodologie et, être en même temps, une fin en soi.
Comme stratégie, on a considéré les croisements entre philosophie, science, humanités, arts, pour un dialogue d'appropriation significative de la connaissance, étrange et abstraite dans sa nature. Ce dialogue multidimensionnel s’est concrétisé dans une approche, collective et individuelle, du monde par (Figure 1) :
- la confrontation de perspectives (cycle de séminaires, analyse de textes, débat dans cercle)
- l’expérience de la transdisciplinarité (réflexion épistémologique, croisement entre la science, l'art, la technique…)
- la multiplicité de productions de soi-même (Réflexions Individuelles, Présentations de Groupe, Planifications Didactiques).
Figure 1 : Modélisation du parcours de formation
On va présenter, ci-après, quelques exemples d'appropriation du discours artistique et technologique émergent de cet épisode formatif :
2. UNE NOTION COMPLEXE DE LA RÉALITÉ
Une approche, en cours de sciences, du comportement de la matière peut être source de grandes perplexités. L'expérience de la double fente avec des électrons, classée dans le Top10 des plus belles expériences de l'Histoire de la Physique2, en est un cas exemplaire (le fait de pouvoir classer des expériences de Physique selon leur beauté n’est pas toujours considéré).
En 1803 Sir Thomas Young a réalisé la célèbre expérience de la double fente avec laquelle il a démontré le caractère ondulatoire de la lumière. La lumière, en traversant deux fentes (Figure 2) se diffracte et engendre une figure d'interférence sur un écran de visualisation.
Figure 2 : Interférence de la lumière dans l'expérience de Young
Si l'expérience est répétée avec un faisceau d'électrons, les résultats sont surprenants3:
- si les électrons sont projetés un à un sur la plaque des deux fentes, sans que l’on sache par quelle fente passe chacun des électrons, les premiers électrons semblent avoir des impacts aléatoires mais ensuite, on voit se dessiner peu à peu une figure d'interférence.
- Si les électrons sont projetés de telle sorte que l’on sache par quelle fente a passé l'électron, alors la figue d'interférence n’apparaît pas.
Les résultats de l'expérience de la double fente ne s'inscrivent pas dans notre vision familière du monde. Mais, si l’on peut prévoir dans ce cas de grandes difficultés pour l'enseignement de la Physique, avec des élèves de 15-18 ans, on peut aussi concevoir des potentialités didactiques. Je présente quatre idées à développer :
2 Revue Physics World. http://physicsweb.org/world/15/9/1
1- Laisser une place à l’idée que les mystères profonds du monde peuvent ne pas être accessibles,
comme d'Espagnat4 semble inviter à l’accepter. Cette idée, du point de vue didactique, ne doit pas conduire à dévaluer la science, mais, plutôt, à souligner que c'est parce que nous disposons de connaissances que nous pouvons comprendre ce que nous ignorons. C'est la connaissance qui permet de percevoir une frontière et, peut-être, de pressentir ce qui est impossible. De fait, deux mille ans d'Histoire de la Science et un siècle de Physique Quantique, laissent encore une marge pour l'affirmation visionnaire d'Aristote : « Dans la nature il y a en action une espèce d'art, une
espèce de capacité technique guidée qui travaille la matière à partir de l’intérieur. La forme accapare la matière, dompte l'indétermination »5.
2- Commencer à construire l'idée d'une réalité complexe. Dans le cas des doubles fentes, l'évidence d'un comportement dual, ondulatoire et corpusculaire de la matière, des concepts classiques contradictoires traduits dans le principe de la complémentarité. Dans une modélisation possible, les particules projetées suivent les deux chemins possibles, en interférant entre elles et en donnant naissance à une figure d'interférence. Peut-être, en citant Klein6, aurons-nous à renoncer à la Physique de la bande dessinée. Néanmoins, peut-être l'exploration d'autres formes de représentations aiderait à construire des représentations de cette réalité complexe, comme je vais l’illustrer ensuite.
3- Contribuer à créer des liens affectifs avec la connaissance. Comme pour d’autres items en lien
avec la structure et le comportement de la matière, de nature très éloignée des sens, il faut que les
curricula développent des processus d'apprentissage avec des expériences diversifiées, dans un crescendo de familiarisation. Une approche, en salle de classe, du comportement de la matière, sera
toujours un processus de construction d’une connaissance située non seulement à la frontière entre
le savoir et le non-savoir, mais aussi mettant en jeu le vouloir savoir7 et la création de liens affectifs
avec la connaissance. Cela, en cohérence avec une appropriation didactique de l'idée émergente dans le livre Taming the atom, de Hans Christian Von Baeyer8;
4- Associer la raison et la passion, tous nos moyens pour appréhender le monde. Non seulement de
l’appréhender, mais aussi de s’y plonger, dans les limites des expériences humaines possibles (Figure 3). « Dans une forêt, en plein automne, la route bifurqua ; mais, comme j’étais un seul,
j’aurais pu prendre un seul chemin, et je suivis celui qui me semblait le moins battu ; et cela fit toute la différence » (Il semble qu'un atome pourrait couvrir les deux chemins dans la forêt décrite
par Frost) 910.
4 D'Espagnat et Klein (1995) 5 Cité dans Reeves (2000) 6 D'Espagnat et Klein (1995)
7 Dans une appropriation de Sá-Chaves (2004) 8 Von Baeyer (1998)
Figure 3 : Un parallélisme possible entre l'expérience de la double fente avec des électrons et le poème de Robert Frost, The Road not Taken.
Bref, il s'agit de promouvoir une notion complexe du Réel, mais aussi de l'Homme, de ses tentatives et son effort d’expérimentation dans un monde habité par une immensité d’objets, d’idées, d’images produits par la culture et, en ce qui nous concerne, par la science et par la technologie.
3. LA PHYSIQUE DANS L'ÉDUCATION POUR L'ÈRE PLANÉTAIRE
L'enseignement de la Physique a un important rôle à jouer dans l'effort nécessaire pour l'émergence d'une civilisation planétaire. Une partie de ce rôle est la réflexion sur la science, sur ses méthodes et sur l'utilisation de la connaissance produite. Une autre partie se réfère à une éducation pour le développement soutenable, question qui, heureusement, fait déjà partie du discours éducatif mais qui n'est pas encore suffisamment clarifiée, et ambitieuse, dans ses finalités. De fait, l’importance de la recherche des façons dont l'humanité pourrait vivre des revenus de la planète et non pas de son
10 Robert Frost, The Road not Taken, 1915
capital, est déjà incluse aujourd'hui, d'une manière générale, dans les programmes disciplinaires de Physique des niveaux pré-universitaires. Mais elle n’est pas encore abordée à l’échelle globale. Également, un effort éducatif sérieux devrait être fait dans le but d'explorer des nouveaux concepts de développement et de qualité de vie compatible avec la possibilité d'un avenir. Les différentes disciplines ont un important rôle à jouer dans le développement d'attitudes favorables au déblocage d'un chemin vers un développement soutenable.
Voici quelques aspects possibles à développer dans l'espace de l'éducation :
• la modélisation de l'avenir, comme hypothèse de travail et imagination et non pas comme construction d'une loi de progrès (comme indiqué dans Gell-Mann, 1996)
• la réflexion sur la science, en interrogeant ses fondements, sa signification et sa production. • la mise en valeur de la liaison entre l'Homme et la nature : en soulignant l'importance de la
diminution de la consommation, pour laquelle les sciences humaines sont convoquées ;
• l'exploration de la capacité artistique de l'homme : la libération, la création et l'identité par l'art en tant que forme pour penser et assumer la condition humaine.
4. EN TISSANT DES REPRÉSENTATIONS DU MONDE
Donc, la multidimensionalité humaine, dans le contexte de l'enseignement de la physique, engage par nature au dépassement des frontières. Il y a une dimension poétique qui se découvre dans l’observation de l'image des traces laissées par des particules de haute énergie dans une chambre de bulles (Figure 4). Et il y a une dimension de connaissance de la nature dans le poème d'António Gedeão, la Machine du Monde :
L'Univers est fait essentiellement de chose aucune. Intervalles, distances, trous, porosité éthérée. Espace vide, enfin.
Le reste, est la matière. À partir de là, que ce frisson,
ce l'appeler et l'avoir, l'ériger et l'affronter, cette fente de rien ouverte dans le vide, doit être un intervalle11.
Figure 4 :
Traces de particules de haute énergie laissées dans une chambre de bulles
Que peut-on espérer de la liaison entre ces deux choses ? Certainement un élargissement des frontières où se construit la connaissance, dans le domaine des épistémologies personnelles, et, possiblement, un élargissement des actions possibles.
Un autre exemple peut être donné : Qu’est ce qui unit les women scanners du Laboratoire Berkeley, par exemple, et les Brodeuses du Manteau Terrestre, du célèbre tableau de Remedios Varo, qui puisse concerner une appropriation didactique de l'étude de Physique des particules ? Dans les deux images, la présence des femmes qui font un travail considéré comme spécifique de femmes (qui, on le suppose, possèdent des compétences pour travailler méticuleusement) ; elles font un travail « d'ouvrier », ignorantes de la théorie, et aussi ignorantes de l'œuvre qu’elles produisent. Pourtant, l'œuvre est perceptible dans chacun des éléments qui la composent. Elles tissent, inconsciemment, des représentations du monde.
Encore une fois, ces deux exemples peuvent être explorés dans le contexte de l'enseignement de la Physique, dans des sujets comme la structure et le comportement de la matière, les modèles présentés par la science, les relations de la science avec la société, et bien d’autres.
Ils constituent aussi un terrain d’essai pour une idée, celle d’une nouvelle didactique qui tisse la récursivité de la relation entre des éléments multiples, le croisement de perspectives, et la perception du tout dans chacune de ces parties. Il s’agit d’incarner la physique dans la culture. Il s'agit d'unir la perspective de la Physique, à d’autres formes de penser et de sentir, en tissant des représentations du monde.
Dans une perspective Vygotskyène, apprendre la Physique, par exemple, doit aller au-delà de l’apprentissage des signes et de la sémantique engagée. Cela doit contribuer au développement identitaire de l'élève, ce qui implique d’envisager des formes d'agir futures. Nous contribuerons de cette façon au devenir planétaire de l'humanité, en citant Edgar Morin.
5. ÉPILOGUE
Des enseignants de Physique animés de cette idée feront certainement partie de ceux qui croient en la possibilité de reformer la pensée et de régénérer l'enseignement. Ce sont ceux qui peuvent faire des mots de Natália Correia leurs propres mots :
Je crois à un engin qui manque plus fécond D'harmoniser les parties dissonantes, …
Je crois dans l'incroyable, dans les choses surprenantes, Dans l'occupation du monde par les roses,
Je crois que l'amour a des ailes d'or. Ámen12.
Il s'agit d'un beau message, éclectique, de grand potentiel dans l'éducation des sciences pour appeler un monde meilleur : il unit, dans la forme artistique la plus pure, la poésie, la technique fondée dans la connaissance, et la capacité inventive de l'homme.
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