RECHERCHE EN DIDACTIQUE DE L'ENSEIGNEMENT DE
LA PHYSIQUE : UNE PREMIERE EXPÉRIENCE DANS
DEUX CLASSES DU CYCLE D'ORIENTATION GENEVOIS
Fabio BARBLAN, Kadri SADEK
Collège de Budé, Genève
MOTSCLÉS: DIDACTIQUE PHYSIQUE ENSEIGNEMENT CONCEPTIONS
-CONSTRUCTION - NOTIONS
RÉSUMÉ: Élaboration d'un enseignement de la physique basé sur les conceptions des élèves et la
construction, selon la démarche scientifique, des notions abordées.
SUMMARY : Creation of a physics course grounded on the pupils conceptions and on the
construction of the physical notions according to scientific procedure.
1. INTRODUCTION
Un questionnaire sur la notion de matière (Barblan, Sadek, 1992) nous a montré que les images mentales développées par les élèves au sujet de cette notion, pouvait être considérées comme un des obstacles majeuràla compréhension du programme de physique enseigné dans les classes de Se année du cycle d'orientation genevois.
Cette mauvaise compréhension est mise en évidence, année après année, par le taux d'échecs constaté et la difficulté montrée par les élèvesà assimiler les différentes notions enseignées. Le programme de Se année est actuellement basé en partie sur un enseignement de chimie qui exploite à fond la notion de structure atomique et ceUe de liaison ionique, pour expliquer les différentes réactions chimique (oxydation, hydrolyse, acide, neutralisation).Ladeuxième partie du programme est consacréeà l'enseignement de l'électricité avec un rôle important accordé à la notion et au rôle de l'électron.
Une analyse, même superficieUe, des méthodes d'enseignement actuelles montre que celles-ci sont avant tout dogmatiques et qu'eUes laissent peu de place à une application de la démarche scientifique etàl'élaboration des notions scientifiques.
Nous avons donc pensé qu'il pouvait être intéressant de construire un cours de physique qui essaye de tenir compte:
- des conceptions des élèves, en développant des actions aptes à infléchir et vérifier ces dernières;
- de la construction des notions selon la démarche scientifique, où rien, dans la mesure du possible, n'est "parachuté" d'une façon dogmatique et où on accorde donc un soin particulierà l'exploitation des résultats expérimentaux et à la logique du développement des raisonnements pour construire et justifier une notion.
Pour les raisons habituelles de fonctionnement de l'institution, nous n'avons pas changé fondamentalement la ligne générale du programme enseigné. Il nous a été accordé que l'expérience puisse se dérouler sur une unité de deux ans (8e et ge année) et que les élèves ne soient pas soumis aux épreuves communes. Ce maintien des lignes générales du programme nous renseignera quantà la possibilité d'aborder, avec des fondements d'enseignement nouveaux, des anciens contenus.
2. SCHÉMA GLOBAL D'UNE SÉQUENCE DIDACTIQUE
Nous avons développé, pour aborder une nouvelle notion, le schéma didactique ci-dessous. La première étape consiste à soumettre les élèvesàun questionnaire par rapportàla notion que nous voulons aborder, pour explorer leurs opinions.Àla suite de ce questionnaire, une grande place est consacrée à la discussion des réponses données. De cette discussion doit, en principe, ressortir la structure des démarches futuresà entreprendre et dont le but est:
1) d'infléchir et de corriger certaines conceptions des élèves, 2) de construire les notions envisagées.
Schéma global d'une séquence
Test
Exploration des opinions des élèves
Discussion en classe
1
Reprise
séquence
Constatation / conclusions
1
suivante
Démarche expérimentale pour la
construction des notions.
Exploitation des résultats
expérimentaux
1
Si nécessaire, élaboration et
discussion d'un outil.
Conclusions finales
~
1
Evaluation finale
Ouvertures
1
OU
Notion suivante
appelée par ce qui
précède
Comme le schéma le montre clairement, nous essayons aussi de plonger la notion étudiée dans un contexte plus global en développant:
- des ouvertures possibles;
- en étudiant les éventuelles conséquences impliquées par la notion en question.
3. EXEMPLE D'APPLICATION DE CE SCHÉMA: la notion de masse volumique Selon les réponses aux questionnaires (celui d'entrée en matière, passé en début de séquence et celui cité dans Barblan, Sadek, 1992), il ressort très explicitement que, pour la majorité des élèves, est matière seulement ce que l'on peut toucher et voir. Un pourcentage non négligeable d'élèves attribuent, par conséquent, automatiquement aux gaz le statut de non-matière; pour les liquides, la situation est plus ambiguë puisqu'ils sont situés, entre matière et non-matière. Nous relevons d'autre part, une nette contradiction avec des réponsesàune autre question où les élèves affirment que la matière peut se trouver sous forme solide, liquide et gazeuse (en particulier en se référant à l'eau).
La discussion avec les élèves a porté sur cette contradiction et nous avons, dans un premier temps, établit que "toucher" et "voir" pouvaient être considérés comme des critères de classification. La démarche logique qui s'en est suivi, est celle qui a consistéàmontrer qu'il existe des critères de classification de la matière qui peuvent s'appliquer sans distinction aux solides, liquides et gaz. Pour cela, nous avons entrepris de construire la notion de masse volumique en essayant d'y inclure, dans la mesure du possible, l'expérimentation sur les gaz.
Les étapes essentielles de la démarche de construction de la notion de masse volumique ont été les suivantes:
- constatation que la relation fonctionnelle masse-volume est régulière l pour une matière donnée.
- constatation que cette régularité est universelle en mesurant les masses volumiques de plusieurs matières solides, liquides et gazeuses.
- constatation que la différence d'une matière à l'autre se manifeste par l'inclinaison2 de la droite.
La conclusion logique de tout cela est que:
1) il faut être capable de déterminer l'inclinaison d'une droite,
2) cette valeur est typique de la matière concernée, et qu'on peut donc l'utiliser comme critère de classification.
1
2
Le mot "régulier" est utlisé par les élèves pour indiquer une relation linéaire. Le mot "inclinaison" est employé par les élèves pour indiquer la pente de la droite
Nous avons donc développé, comme outil, la notion de calcul de la pente d'une droite. Ce qui nous a permis, d'appliquer cette notionàla relation fonctionnelle masse-volume et d'introduire une grandeur dont l'unité est g/cm3 et de passer ensuite à une méthode de calcul de la masse volumique 3.
Comme application possible de la masse volumique, nous avons expérimenté la flottabilité des corps et nous en avons déduit les critères de flottabilité en fonction de la masse volumique du corps par rapport à celle du liquide utilisé.
Le fait de travailler sur les solides, les liquides et les gaz, nous a menés tout naturellementà nous poser la question: si une substance est solide (ou liquide ou gazeuse) peut-elle apparaître sous un autre état? Et si oui, à quelles conditions? Ceci nous a ouvert la route pour l'unité didactique suivante: les changements d'états.
4. CONCLUSIONS PROVISOIRES ET CRITIQUES.
Il n'est pas possible de tirer des conclusions définitives après seulement six mois de travail. Nous essayerons de le faire dans deux ans lorsque nous serons au bout de cette expérience. Néanmoins, le test final que nous avons passé à la fin des unités didactiques "masse volumique" et "changements d'états" nous montre déjà une évolution au niveau de la perception de la matière, comme par exemple la réponse de cet élève: "est matière tout ceàqui on peut attribuer une masse volumique".
L'assimilation à de la matière des liquides et des gaz est acceptée par une majorité des élèves. Plus tard, dans le contexte des réactions chimiques, nous avons pu constater une utilisation spontanée, de la part des élèves, de la notion de masse volumique pour pouvoir distinguer deux matières différentes.
Le temps que nous avons consacré à l'établissement des deux notions de masse volumique et de changement d'état va du début du mois de septembre au début du mois de novembre, a raison de trois heures par semaines (donc environ 24 heures), alors que le plan d'étude officiel accorde 4 à 6 heures pour parcourir chacune de ces notions.
Les critiques majeures que nous avonsàformuler sont :
- ne pas avoir explorer et surtout ne pas avoir utiliser à "fond" les opinions des élèves;
- de décider, sans la collaboration des élèves, de certaines options fondamentales (par exemple, quelle expérience faire? comment procéder ?).
- de rester dans la ligne générale du plan d'élUde et de ne pas suivre les chemins évoqués par les élèves dans les discussions.
Il n'est pas possible, dans ce compte rendu, de développer toutes les discussions, très riches et intéressantes, qui nous ont fait passer progressivement, de l'ensemble des mesures expérimentales à la droite moyenne et finalement à la valeur unique de la masse volumique pour une matière donnée.
La possibilité de dépasser ces critiques ne nous semblent pas, actuellement, réalisable, ni institutionnellement ni matériellement. Institutionnellement, car nous ne pouvons nous libérer des contraintes imposées par les programmes soit sur les contenus soit sur la gestion de l'espace temps accordé à la discipline. Matériellement parce que suivre les idées des élèves suppose une infrastructure matérielle (équipement de laboratoires) beaucoup plus importante que celle qui existe actuellement dans les écoles.
BIBLIOGRAPHIE
BARBLAN CF.), SADEK (K.), Établissement d'un cursus de physique: les premiers pas,Actes des XlVèmes J.I.E.S., 1992, p. 349-354.
