LE MOUVEMENT DU POINT DE VUE DE LA
ZOOLOGIE ET DE LA PHYSIQUE DANS LE
COLLEGE (11-14 ANS). EST-IL POSSIBLE DE
MELANGER LA FANTAISIE AVEC LA RIGUEUR
LOGIQUE?
Enrica GIORDANO et Claudio LONGO InstitutodiFisica et DipartimentodiBiologia UniversitàdiMilano - Italie
SUMMARY : We present a middle school teaching sequence about the movement from the point of view of biology and then physics.
1. LES OBJECTIFS DE NOTRE RECHERCHE
Notre groupe de recherche sur l'apprentissage des sciences dans récole obligatoire est fait de trois chercheurs : Enrica Giordano (physicien), Paola Majorino (mathématicien), Claudio Longo (biologiste). Nous travaillons directement dans les classes avec des enseignants de récole primaire et du collège et avec l'aide de quelques étudiants universitaires qui préparent leur thèse de doctorat en physique ou en sciences naturelles.
Notre "philosophie de travail" est fondée sur l'observation d'un petit nombre d'élèves (une ou deux classes de 20-25 élèves) durant une période assez longue (une ou deux années scolaires) pendant laquelle on peut mieux observer jusqu'à quel point le élèves ont intériorisé les notions scientifiques reçues. Notre méthode comprend des leçons traditionnelles, un grand nombre de discussions collectives et beaucoup de travail expérimental par petits groupes. Toutes les leçons et les discussions sont enregistrées et analysées.
Nos objectifs sont les suivants:
- étudier les représentations des élèves;
- les rapprocher par degrés des positions de la science officielle sans les imposer. On commence par des situations de vie quotidienne dont on extrait les aspects qui touchentàla physique A. GIORDAN, J..L. MARTINAND et C. SOUCHûN, Actes JIES XII, 1990
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ouàla biologie et on cherche ensuite à arriver aux concepts scientifiques et à leur formalisation; - réfléchir sur les caractères particuliers des sciences qu'on enseigne. Ce type de réflexion est plus facile pour l'enseignementà l'école primaire que pour celui à récole supérieure où les contenus techniques ont la préférence.
2. L'EXEMPLE DU THEME "MOUVEMENT"
Le thème "mouvement" a été expérimenté dans une classe de première annéeà l'école moyenne (âge des élèves environ Il ans). Nous sommes partis des critères de classification que l'on avait étudié auparavant. Les élèves ont essayé de classifier les animaux avec des critères établis par eux mêmes. Plusieurs élèves les ont classifiés en fonction de leur mouvement (marcher, voler, nager, ramper...). Cette classification a fourni l'occasion d'étudier le mouvement chez les animaux, en commençant par ceux qui nagent. Une visiteàl'aquarium a permis aux élèves d'observer des types différents de propulsion dans l'eau (le poulpe, la seiche, les poissons). Ils ont développé ces observations au cours d'une discussion collective en classe d'où est née la proposition de construire un modèle de poisson. Les élèves ont construit un grand nombre de modèles découpés dans des lavettes en éponge et pourvus d'une ficelle avec laquelle on pouvait déplacer la queue horizontalement. Ce mécanisme était unique pour tous les modèles (il avait été choisi par la classe), mais les formes des poissons étaient libres. Les élèves ont montré beaucoup de goût et de créativité en inventant un grand nombre de formes différentes de poissons, peut-être inspirées de ce qu'ils avaient vu lors de leur visite à l'aquarium
Un type complètement différent de propulsion a été étudié sur des versde terre vivants, récoltés après les pluies. Ainsi les élèves ont pu se rendre compte qu'avec le même moteur (les muscles) on peut obtenir des types de mouvement complètement différents selon la fixation des muscles aux autres parties du corps.
On est passé ensuiteàl'étude des mouvements des mammifères. Les élèves ont examiné d'abord des morceaux venant de la boucherie; il s'agissait de quelques articulations de la jambe du boeuf avec les tendons encore en place. Puis on a réalisé ensuite la modélisation d'une jambeàl'aide du dessin pour en expliquer le mouvement. Les premiers modèles étaient toutàfait incorrects car les muscles se rattachaient aux deux extrémités du même os. Après une discussion collective les enfants se sont aperçus par eux-mêmes qu'avec une jambe faite de celle façon tout mouvement serait impossible. De nouveaux dessins ont été plus satisfaisants: les muscles de la jambe s'attachaient a deux os différents reliés par une articulation. Les élèves ont ensuite fabriqué des modèles tridimensionnels d'une jambe pour lesquels ils ont été libres d'exprimer leur créativité. Le modèle était le résultat d'une discussion collective où l'intervention de l'enseignant s'était limitée à des conseils. Les muscles étaient généralement reproduits par des collants remplis d'ouate et les tendons par des bandes élastiques. La capacité de contraction des muscles était perdue, maislemodèle reproduisait correctement la position réciproque des muscles, des tendons et des faces articulaires.
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mouvements simples sont des rotations tandis que la translation de tout le corps est obtenue par une combinaison de mouvements de rotation. Ainsi le terrain était préparé pour aborder le thème "mouvement" du point de vue de la physique, ce qui a été fait l'année suivante.
On est parti des mouvements de la Terre et du problème général d'un système de repère (idée qui n'est pas du tout intuitive: on conçoit toujours le mouvement comme quelque chose d'absolu). L'étude a ensuite porté sur la forme des mouvements (translation, rotation). Après on a introduit les variables espace, temps et vitesse dans les mouvements de translation avec l'aide de l'ordinateur utilisé comme instrument de mesure (interface et logiciel du Micro computer Based Laboratory, Professeur R.Thomton). On a enfin "vécu" l'espace et le temps d'une façon différente à la Casa Laboratorio de Cenci (p. Lorenzoni et N. Lanciano).
Nous avons eu l'impression que l'intériorisation des concepts de physique qui concernent le mouvement a été facilitée par l'étude du mouvement des animaux qui avait été fait l'année précédente. Nous pensons qu'à tous les âgesilest avantageux d'aborder un thème scientifique d'une façon qualitative où la fantaisie et la créativité peuvent trouver leur place. Cette période qualitative qui ne doit pas être trop courte est un préliminaire nécessaire pour se familiariser avec le thème avant de l'aborder d'une façon plus scientifique caracterisée par l'abstraction et la mathématisation.
