A. GIORDAN, J.-L. MARTINAND et D. RAICHVARD, Actes JIES XXV, 2003
LES MATÉRIAUX ET LEURS FAMILLES :
QUESTIONNEMENTS POUR LES CONTENUS
DE LA TECHNOLOGIE EN 6e
Joël LEBEAUME
UMR Sciences Techniques Éducation Formation ENS Cachan - INRP
MOTS-CLÉS : MATÉRIAUX – COLLÈGE – TECHNOLOGIE – CONTENUS À ENSEIGNER
RÉSUMÉ : À partir de l'analyse du contenu prescrit, de l'étude critique des propositions pour l'enseignement de la technologie et de l'identification des disponibilités des élèves, sont mises en évidence les questions fondamentales pour la conception de nouvelles activités pour la découverte des matériaux par les élèves (11-12 ans) au cours de leur première année d'initiation technologique au collège. Une proposition pour l'enseignement est présentée.
ABSTRACT : From the epistemological analysis of prescribed contents (materials and their classification), from the critical approach of technology teaching' proposals and from the identification of pupils' abilities, the fundamental questions about designing of new activities are identified in order to enable pupils (age 11-12) to discover materials during their first year of technology education within junior high school. One teaching-learning proposal is presented.
1. INTRODUCTION
Au collège, le programme de 6e consacre une partie des activités à la « mise en forme des matériaux ». Il précise qu’il s'agit d’« identifier et éventuellement de justifier les matériaux utilisés » et de « reconnaître et nommer, par grandes familles, les matériaux utilisés, en indiquant leur aptitude au façonnage, leur résistance à la corrosion, leur impact sur l’environnement » tout en mettant l’accent sur les relations entre formes et procédés. Dans une perspective prospective, sont d’abord examinées les propositions disponibles pour l'enseignement. Puis une enquête empirique rend compte des connaissances des élèves. Enfin est discutée la conception de nouvelles activités scolaires.
2. DES FAMILLES DE MATÉRIAUX
Dans les publications pédagogiques de technologie pour les classes de 6e (Cliquet & Gaigher, 1996, p. 25 ; Cliquet & Gaigher, dir., 2000, p. 10 ; Rahami-Bonnard & Saison, 1999, fiche n°5, 1/1 ; Rak & Mérieux, 1997, p.151 ; Dégardin & Richard, 1999, pp. 244-249 et pp.112-113), les « grandes familles » sont assez variables et les liens familiaux associent des critères distincts que sont l’origine, les propriétés et les procédés de transformation. Ces relations familiales hétérogènes figurent également dans les ouvrages de référence (Fanchon, 1994, p.136 ; Aublin & al., 1996, p.194). L’ensemble des présentations scolaires des matériaux présente ainsi des listes, des regroupements, des propriétés sans expliciter les critères affectés aux classements des matériaux. Implicitement, la distinction la plus répandue (métaux, plastiques, céramiques et composites) repose sur le regroupement des matériaux industriels. Ce qualificatif met l’accent sur les filières techniques de transformation des matériaux, tout en distinguant les industries dites de « première transformation » qui transforment une matière première en produits semi-finis et celles de « deuxième transformation » qui transforment le matériau en une pièce particulière (cf. Colombié, 1996, partie 2, p. 2 ; Decarré, 1998). Plus fondamentalement, les matériaux industriels peuvent être distingués selon les industries dont ils proviennent. Dinzin (1973) oppose ces industries de propriétés et de formes : la pièce provient alors d'une industrie de formes, le matériau d'une industrie de propriétés. Le matériau, avec ses propriétés, est transformé de sa forme primaire (en fil, en feuille, en masse régulière ou quelconque, en poudre) en une forme qui correspond à son usage. Ce point de vue industriel porté sur les matériaux clarifie également les propriétés des matériaux en distinguant celles pour l’utilisation (propriétés d’usage : mécaniques, physico-chimiques…) et celles pour la transformation (propriétés de mise en œuvre : usinabilité, formabilité). Les mises en forme sont alors généralement distinguées par déformation plastique permanente, par usinage ou
enlèvement de matière, par moulage (à l'état fondu ou de pâte), par frittage (poudres), soudage, collage ou assemblage (par exemple tissage, tressage, tricotage, feutrage pour les textiles).
Procédé Procédé matériau Procédé pièce forme transformation bois minerai pâte à papier acier rouleau feuille cahier plume
Fig. 1 : Transformations de la matière première en matériau puis en pièce
Ainsi, un matériau est-il la base d'une transformation pour l'obtention d'une pièce dont la forme dépend à la fois du matériau et du procédé. Ces relations entre matériau, procédé, pièce peuvent être représentées selon les schémas suivants :
Procédé
Matériau Pièce
forme forme primaire
- par déformation plastique, - par enlèvement de matière, - par moulage… Procédé Matériau Pièce propriétés d'usage propriétés géométriques propriétés de mise en forme choix choix
Fig. 2 : Relations entre Pièce, Matériau, Procédé Fig. 3 : Propriétés et Choix
3. MATÉRIAUX ET FAMILLES POUR LES ÉLÈVES DE 11 ANS
Afin de cerner les dispositions des jeunes élèves, une enquête par questionnaire a été administrée. Celle-ci est particulièrement sommaire puisqu’il s’agit de repérer ce qu’ils désignent par "matériaux" ainsi que les regroupements qu’ils opèrent. Deux items sont indiqués sur une page de format A4 : Citer douze matériaux différents (suivent deux colonnes de 6 tirets) ; classer ces matériaux en familles et donner un nom à chacune des familles.
Les données recueillies résultent de trois ensembles de réponses : celles de 130 élèves de 10 collèges de l'académie d'Orléans-Tours (A : déc. 2002) ; celles de 101 élèves d'un collège orléanais (B : déc. 2002) ; celles de 102 élèves du même collège (C : sept. 2003). L'analyse est essentiellement une mise à plat des réponses et leur comptage afin de repérer les tendances. Elle révèle :
- Une confusion lexicale entre les mots "matériaux" et "matériels", nettement plus forte avant enseignement (33 % des mots cités par les élèves interrogés en tout début d'année C et moins de
5 % en fin de premier trimestre A et B). Cette confusion porte sur les équipements (ordinateurs, puces, carte son, cisaille, perceuse…) en raison de la confusion orthographique entre "un matériau" et "des matériels". Elle porte aussi sur l'indifférenciation entre matériau et pièce (fig. 1) par exemple entre les vitres ou les lunettes qui désignent le verre, ou bien entre les feuilles de classeur et le papier.
- Un ensemble fini de termes considérés comme désignant des matériaux (5 ou 6 matériaux en début d'année et 9 ou 10 en fin de premier trimestre). Parmi les matériaux cités, plus de 10 % d'entre eux sont des matériaux de construction, quel que soit le groupe interrogé (pierre, ciment, carrelage, béton, ardoise, marbre, sable, plâtre, silex…). Parmi les autres matériaux cités, l'analyse quantitative permet de distinguer quatre groupes (cf. Tab. 1).
Matériaux cités par les élèves A et B (déc. 2002) :
9 élèves sur 10 5 élèves sur 10 1 ou 2 élèves sur 10 Moins de 1 élève sur 10 Plastique Bois
Carton, Fer Papier, Verre Métal, Tissu Aluminium
Or, Argent, Bronze Caoutchouc Polystyrène, PVC Acier, Cuivre Coton, Laine, Cuir
Inox, Zinc, Plomb
Fil, Lin, Soie, Contreplaqué Porcelaine, Pierres précieuses Uranium, Ferraille
Etc… Matériaux cités par les élèves C (sept. 2003)
7 élèves sur 10 5 élèves sur 10 de 2 à 5 élèves sur 10 Moins de 2 élèves sur 10
Plastique Fer Bois, Carton, Fer
Papier, Verre, Métal Acier, Aluminium, Or, Argent, Bronze, Cuivre, Inox, Plomb Tissu, Fil, Coton, Lin, Soie Caoutchouc, Polystyrène, PVC Cuir, Porcelaine,
Pierres précieuses, Uranium, Etc… Tab. 1 : Matériaux cités par les élèves de 6e
- Concernant les regroupements effectués par familles, un élève sur trois propose des noms de famille. Ces regroupements et les traces des hésitations sur les questionnaires (ratures, traces d'effaceur…) révèlent la difficulté des élèves à déterminer des critères de discrimination et de catégorisation qui assurent à la fois une homogénéité intracatégorielle et une hétérogénéité intercatégorielle. Les critères de catégorisation qu'ils sont susceptibles de choisir sont particulièrement divers : aspect (argentés, incolores, transparents, durs…) ; fonctions (pour le sport, pour les outils, pour les vêtements, pour couper…) ; propriétés (fondent, brûlent, conducteurs, isolants, étanches, "costauds", incassables…) ; filières techniques (matériaux de construction, travail du fer, utilisés en électronique…) ; valeur (rares, pierres précieuses, bijoux…) ; origine (naturels, fabriqués ou transformés par les humains ; roches, plantes, animaux ; recyclables…) ; inconvénients (naturels, polluants…) ; composition (fer, métal, acier ; papier, carton, bois ; pierre, ardoise ; plastiques…) ; opérations techniques ("découpables", se plient, ne se plient pas…)
4. QUESTIONNEMENTS ET PROPOSITIONS
L'analyse des prescriptions et des propositions pour l'enseignement ainsi que l'aperçu des connaissances et des conduites des élèves, questionnent la pertinence des contenus exprimés en termes de "grandes familles de matériaux". Si cette classification figure traditionnellement dans la plupart des enseignements technologiques, elle s'avère d'un intérêt mineur pour l'éducation technologique et d'une faible opérationnalité pour l'enseignement-apprentissage. En effet, l'évolution des matériaux rend peu pertinente une classification définie a priori qui les isole selon leur première transformation. Le questionnement critique permet alors de considérer qu'au début du collège, la découverte des relations entre matériaux, procédés, pièces est la plus pertinente car elle permet d'une part de couvrir un champ plus étendu des produits familiers des élèves (extrusion des confiseries, filage des pâtes alimentaires, frittage des « comprimés » pharmaceutiques, ou déroulage du bois… cf. Lebeaume, 1998), et d'autre part de comparer des pièces réalisées de façons différentes (par exemple, trombone en fil d'acier tréfilé, en tôle emboutie ou en plastique moulé). Considérant que les élèves abordent les matériaux à partir des objets (ou des pièces), nous proposons d'initier cette découverte grâce à l'analyse de ces relations entre matériau, procédé, pièce (Fig. 2). À titre d'exemple, l'analyse de deux objets illustre l'orientation de cette proposition : le stylo plume et l'emballage Tetra Brick dont le matériau est un composé.
matriçage Acier moulage Plastique moulage moulage matriçage Acier montage objet Plastique Plastique plume cartouche corps bouchon attache
Fig. 4 : Analyse d'un stylo-plume
soufflage pressage calandrage assemblage formage injection moulage montage Poly éthylène Pâte à papier Alu minium PVC film feuille carton feuille granulés Matériau Matériau boîte bouchon objet
Fig. 5 : Analyse d'un emballage Tetra Brick
Selon cette proposition, il s'agit de procéder d'abord à l'inventaire des pièces. Leur étude permet d'identifier les matériaux et les procédés de transformation. Le cas échéant, l'analyse peut être poursuivie jusqu'à la matière première ou les premières transformations.
5. CONCLUSION
Les formulations presque ritualisées des prescriptions des contenus, telle que "les familles de matériaux", méritent d'être interrogées pour que les questionnements et les ignorances que ces prescriptions maintiennent soient explicitées. Pour le thème concerné, il convient de privilégier trois questions et leurs relations : En quoi c'est fait ? (afin d'identifier et de nommer les matériaux) ; Comment c'est fait ? (afin d'identifier les procédés) et Pourquoi c'est fait comme ça ? (afin d'identifier les propriétés d'usage et de mise en œuvre). Ces trois questions majeures contribuent alors à saisir les conditions des choix dans les contextes techniques, économiques, environnementaux et sociaux.
BIBLIOGRAPHIE
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