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ÉMARCHES EXPÉRIMENTALES DANS L’
ENSEIGNEMENT DE LA PHYSIQUE:
É
TUDES DE TRAVAUX PRATIQUES AU LYCÉEHélène Richoux
Dans les programmes de sciences physiques des classes scientifiques de lycée, (B.O.E.N., 1992), la place des activités expérimentales est présentée comme essentielle. Ces activités expérimentales attendues s'articulent autour de la mise en œuvre d'une démarche qui fait référence aux activités des scientifiques, mais la résolution par les élèves d'un « problème expérimental » n'y est pas explicitement proposée. Différents travaux tendent à montrer un décalage entre les attentes institutionnelles et les réalisations, comme l'absence de prise en compte des incertitudes dans les activités quantitatives (Séré et al., 1998), la faible évolution des activités scientifiques proposées aux élèves avec l'introduction des nouvelles technologies (Beaufils et al., 1999), etc.
Nous nous sommes alors interrogés sur les démarches expérimentales effectivement organisées par les enseignants pour les élèves dans les séances de travaux pratiques et sur les raisons qui guident leurs choix
pour les constructions qu'ils réalisent (Ayçaguer-Richoux, 2000). Nous avons choisi de centrer notre travail sur des études de cas afin d'atteindre un niveau assez fin dans la description et dans l'analyse de séances effectivement mises en œuvre.
Nous avons travaillé avec deux professeurs confirmés enseignant au niveau de la classe de première S (afin de minimiser l'influence du baccalauréat), dans des lycées présentant un recrutement varié et avons choisi trois sujets « pérennes » (Bécu-Robinault et al., 1995) dans lesquels les démarches mises en œuvre pouvaient être très différentes : étude de la chute libre, mesures calorimétriques et étude de dipôles électriques. Avant chaque séance de TP, nous avons mené un entretien semi-directif au cours duquel l'enseignant explicite sa propre analyse a priori de la séance qu'il a construite. Ces entretiens et les fiches de TP rédigées par les enseignants constituent les données principales pour l'analyse des démarches faite ici.
Le cadre théorique dans lequel s'inscrit cette étude est celui de la transposition didactique de pratiques, les pratiques prises en référence (Martinand, 1982) étant celles des scientifiques. L'analyse épistémologique des démarches scientifiques met en évidence leur complexité, leur multiplicité. Mais si, comme nous l'avons déjà noté, les références à « la démarche expérimentale » sont clairement affirmées dans les programmes actuels, il n'en est pas de même pour la caractérisation et/ou la description de celles-ci : ces textes ne proposent pas de méthodes, de démarches transposées pour l'enseignement secondaire1 ; nous sommes dans la situation d'une absence de
« transposition institutionnelle » (Arsac, 1992).
S'agissant ici d'analyser la pratique des élèves au lycée nous nous sommes appuyés sur le schéma des démarches expérimentales proposé par A. Guillon (1995, p.116) qui représente une transposition pour l'enseignement au niveau universitaire.
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On peut toutefois noter une évolution dans les programmes (1999-2000) : la résolution par les élèves d'une « situation-problème » (B.O.E.N., 1999) avec la « mise au point d'un protocole, la réalisation pratique de ce protocole, la possibilité d'aller-retour entre théorie et expérience, l'exploitation des résultats » apparaît explicitement préconisée.
Parmi les quatre démarches qu'il propose nous avons, tout d'abord, été amenés à n'en retenir que deux : « la démarche expérimentale » et « la démarche théorique », dont nous reprenons la schématisation (figure 1)2. Cette première « réduction » du champ correspond aux constatations qu'A. Guillon a pu faire pour l'enseignement supérieur3.
Modèle "physique"
Mise en équation dans le cadre d'une théorie existante
Modèle théorique ou modèle de connaissance Acquisition de données Représentation physico-mathématique CONFRONTATION
Objets et phénomènes physiques
Questionnement
Expérimentation
Figure 1 : Schéma des démarches
L'analyse des travaux pratiques montre, pour les séances étudiées, que : La part des activités des élèves dans l'ensemble du processus est le
plus souvent limitée : les choix expérimentaux, la prise en compte des conditions expérimentales etc., sont faits par l'enseignant.
Le terme de « confrontation » utilisé pour la mise en relation des résultats théoriques et expérimentaux apparaît également trop fort en regard des activités effectivement menées par les élèves : les incertitudes sur les mesures, sur les valeurs des paramètres obtenus ne
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Nous avons également modifié certaines dénominations.
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L'une des deux autres démarches correspond à la simulation, dont l'introduction actuelle dans l'enseignement secondaire mériterait une analyse.
sont ni prises en compte ni même évoqués : obtenir une courbe avec un palier, une droite qui passe par l'origine, une valeur ayant le bon ordre de grandeur suffit pour valider l'accord modèle-résultats expérimentaux.
Dans le schéma des démarches retenues, nous avons ici entouré ce qui est de fait « dévolu » à l'élève (le reste étant ce qui est pris en charge par l'enseignant). Cette seconde « réduction » peut avoir deux « amplitudes » : marqué en pointillés, le cas où la confrontation fait partie de la séance de travaux pratiques ; en trait plein, celui où l'objectif de l'enseignant est d'aboutir à une description « empirique » pouvant servir de référent pour la présentation ultérieure des connaissances théoriques). Cette double réduction dans les démarches représente un premier aspect de la transposition. Le deuxième aspect réside dans le discours des enseignants dont l'analyse montre l'absence de références explicites à une démarche scientifique : les raisons qui expliquent la construction des séquences de TP sont liées à l'enseignement/apprentissage de savoirs et savoir faire. En cohérence, dans ce milieu que l'enseignant élabore en gérant un ensemble important de contraintes (temps, matériel, programmes etc.) les activités expérimentales jouent alors un rôle essentiellement didactique : concrétiser, « montrer », convaincre, valoriser les élèves… Dès lors, c'est l'utilisation d'instruments (matériels, instruments de mesure), l'acquisition de mesures, et la mise en œuvre de méthodes numériques (obtention de graphes, de « modèles » numériques, de valeurs de paramètres) qui apparaissent comme les critères essentiels de reconnaissance d'une activité scientifique.
RÉFÉRENCES
ARSAC, G. (1992). L’évolution d’une théorie en didactique : l’exemple de la transposition didactique, Recherches en didactique des mathématiques, 12, n°1, p.7-32
AYÇAGUER-RICHOUX, H. (2000). Rôles des expériences quantitatives dans l'enseignement de la physique au lycée. Thèse de l’Université Denis Diderot en didactique de la physique. Paris : Paris 7, 205 p.
BEAUFILS, D., RICHOUX, H., CAMGUILHEM, C. (1999). Savoirs et savoir-faire associés à l'utilisation d'instruments informatisés dans des activités de travaux pratiques de physique, Aster, 28, 131-147.
BECU-ROBINAULT, K. et TIBERGHIEN A. (1995). Un exemple d'articulation entre recherches d'après manuels et programmes et recherches menées dans le cadre d'un enseignement réel. In G. Mary et W. Kaminsky (Eds), Actes du cinquième Séminaire de Recherche en Didactique des Sciences Physiques, (pp.71-85). Reims : Université de Reims et IUFM.
GUILLON A. (1995). Démarches scientifiques en travaux pratiques de physique de DEUG à l'université de Cergy-Pontoise, Didaskalia, 7 , 113-127.
MARTINAND, J.-L. (1982). Contribution à la caractérisation des objectifs de l'initiation aux sciences et techniques, Thèse d'État de l’Université Paris XI en sciences de l'éducation. Orsay : Paris IX.
SÉRÉ M.G., JOURNEAUX R., WINTHER J. (1998). Enquête sur la pratique des enseignants dans le domaine des incertitudes, Bulletin de l'Union des Physiciens, 801, 241-254.
