UN NOUVEL (7) OUTIL PEDAGOGIQUE EN PHYSIQUE LA QUESTION
La physique qui s'enseigne diffère en général de celle qui se fait autant qu'un traité de grammaire d'un roman. Si l'on peut admettre, au provisoire bénéfice du doute, la néces-sité d'un enseignement des lois physiques précédent leur mise en oeuvre, on ne peut nier son insuffisance dans ses formes actuelles. Chaque physicien sait que, les théories physiques apprises ~ l'Université, il ne les a en général ~mprises qu'en les pratiquant au Laboratoire -ou en les enseignant.
C'est qu'une part essentielle de l'activité théorique propre à la physique reste le plus souvent absente de la forma-tion scolaire et universitaire. On peut même dire que les traits les plus spécifiques n'en sont révélés -au mieux- qu'à ces heu-reux élus qui, au niveau du 3ème Cycle, se voient admis à péné-trer dans la tour d'ivoire, après de longs rites d'initiation.
Ces traits caractéristiques, nul ne les a mieux résumés que Wheeler, en un Principe Fondamentale de la Physique Théorique :
NE JAHllIS FAIRE AUCUN CALCUL AVIl.NT D'E:N CONNAÎTRE: LE: RESULTAT •••
Autrement dit, avant toute analyse théorique d'un problème physique (mise en équations, résolution formelle, calculs numé-riques), une étude heuristique préalable en est absolument néces-saire. Evaluation empirique des paramètres d'importance dans le problème, utilisation qualitative des lois physiques ou de la simple analyse dimensionnelle pour étudier la dépendance mutuel-le des quantités physiques considérées, estimation des ordres de grandeur correspondants, telles sont les formes principales de cette démarche préliminaire.
En d'autres termes, l'avantage de la mathématisation est aussi son inconvénient: elle évite de penser, puisqu'elle met en mouvement une pensée déjà formulée extérieure et instrumen-tale. A s'y livrer d'emblée, on court évidemment le risque de produire une théorie inopérante, soit parce que non-pertinente
)
à la spécificité du problème , soit parce que beaucoup trop
1) Exemple : expliquer la direction des tourbillons de vidange d'une bai-gnoire par la force de Coriolis due /lU mouvement de la Terre (force qui, par ailleurs, explique bien le sens de rotation des typhons).
1
raffinêe par rapports aux effets considêr~s . Pire encore, à supposer même que la formalisation soit correcte et adaptêe, elle ne sera pas nêcessairement comprise, assimilée, int~rio risée en son essence profonde si elle est priv~e de ses ~tais heuristiques.
C'est à d~velopper ce "sens physique", cette capacité de 2
"faire de la physique (théorique 1) avec les mains" que vise la question de physique. Il ne va peut-être pas sans dire que cette conception de la physique fait de l'heuristique une con-dition de compréhension nécessaire mais aussi insuffisante, à elle seule, que la formalisation: la physique n'avance que sur ces (et ses) deux jambes . . . Ces questions ne peuvent donc en aucun cas remplacer les exercices ou problêmes plus tradition-nels. Il est clair aussi qu'elles seront utilisées avec le plus grand profit dans un enseignement basé sur un cours d'esprit analogue.
En définitive, i l s'agit ici d'essayer d'obliger l'étu-diant (et l'enseignant !) ~ penser, en lui supprimant le re-cours automatique aux "équations". Ce n'est pas dire, certes, que les lois physiques traduites par ces êquations soient inu-tiles pour répondre â ces questions, bien au contraire, dans la mesure oil. beaucoup des réponses vont à l'encontre du "sens commun" ordinaire, ou lui sont étrangères. Mais les lois à uti-liser traduisent des relations entre concepts suffisamment
simples (dépendance proportionnelle, inverse, indépendance, etc.) pour pouvoir, et devoir, être pens~es sans être écrites.
On peut grosso-modo distinguer trois types de questions3 1) La question de contrOle: elle permet de vérifier la compréhension des concepts et des lois enseignées, en proposant des formulations non traditionnelles, ou des présentations fi-gurées d'énoncés abstraits. Ces questions sont volontiers ex-prirnêes sous forme de question â choix dichoto~'tqueou multiple.
1) Exemple : élaborer une théorie quantique et relativiste des oscillations d'un balancier d'horloge.
2) La physique expérimentale se fait bien avec la t~te aussi 1
3) Les exemples qui suivent sont tir"'s d'un recueil A paraltre
J.-M. Lévy-Leblond, La Pllysique en Questions, t . l : Mécanique (v1!ibert, Paris 1980).
a. un mobile peut parcourir une trajectoire courbe quand son accélération garde toujours la m~me direction.
b. un mobile peu avoir, il un instant donné, une accéléra-tion non-nulle et une vitesse nulle.
c. un mobile peut voir varier la direction de son accéléra-tion quand sa vitesse est constante.
2) La question d'application: elle cherche à faire mettre en jeu les lois fondamentales de la physique dans des situations concrètes simples, autant que possible proches de la pratique quotidienne. La présentation concise et imagée du problème laisse délibérément il l'étudiant la tâche de déterminer le(s) loi(s) â appliquer.
~~~~E!~ Delphine et Marinette veulent se partager équi-tablement le gros sucre d'orge en forme de canne que leur a donné l'oncle Alfred. Delphine propose de le suspendre il un fil, de chercher la position d'équilibre horizontal, et de couper le sucre d'orge â la hauteur du point d'at-tache. Les deux parts ainsi obtenues sont-elles de même poids ?
3) La question de critique conceptuelle : à partir
d'énoncés apparemment paradoxaux ou volontairement provocateurs, empruntés à l'histoire effective de la physique (on utilise les textes originaux de Galilée par exemple) ou à divers auteurs littéraires (H.G. Wells, J. Verne, L. Caroll), i l s'agit d'exa-miner la logique interne d'un raisonnement (éventuellement er-ronée) et/ou la validité des concepts utilisés.
~~~!!!E!~ : Cyrano de Bergerac, dans "l'Autre Monde, ou les Etats et Empires de la Lune", utilise la technique sui-vante pour se rendre dans la Lune :
"Je pris de l'aimant ( ••. ) et le réduisis il la grosseur d'environ une balle médiocre. Ensuite de ces préparations,
je fis construire un chariot de fer fort léger ... Enfin, je montai dedans, et lorsque je fus bien ferme et bien appuyé sur le siêge, je ruai fort haut en l'air cette boule d'aimant. Or la machine de fer fut enlevée aussitOt
et ( . . . ) â mesure que j'arrivais où l'aimant m'avait
at-tir~, je rejetais aussitôt ma boule en l'air au-dessus de
moi ( ... ). Je vous dirai ~me que tenant ma boule en main,
je ne laissais pas de monter parce que le chariot courait toujours â l'aimant que je tenais au-dessus de lui".
Commenter ce proc~d~ (que l'auteur, rendons-lui justice,
ne prenait guère au sérieux).
Il faut peut-être préciser ici que les questions, même du troisiême type, ne reposent pas sur des "astuces" et voudraient éviter d'être perçues comme des "pièges". Il ne s'agit pas de permettre aux étudiants les plus brillants ou les plus agiles de démontrer leurs capacités, mais bien d'aider â la compréhension profonde de tous. Ces questions donc, si certaines peuvent être -on l'espère- plus ou moins drôles, ne sont pas de simples jeux ou distractions mathématiques. Nombre d'entre elles touchent aux aspects les plus fondamentaux des concepts physiques.
L'outil pédagogique ainsi constitué se montre d'une grande efficacité â la fois dans la transmission des connaissances en
