L'ENSEIGNEMENT DE LA PHYSIQUE A TRAVERS
LE DEVELOPPEMENT SCIENTIFIQUE ET
TECHNOLOGIQUE DANS LA REALITE SOCIALE
ET HISTORIQUE
D. M. VIANNA, A. G. MORAES,
J.
D. de FREITASJ.
C. O. REIS, K. N. PINTO et M. A. B. BRAGA Instituto de Fisica, Universidade Federal do Rio de Janeiro - Brésil Avec l'appui du CNPQ, du SPEC/CAPES, et du FAPERJMOTS-CLES : ENSEIGNEMENT DE LA PHYSIQUE - RELATION ECOLE - SCIENCE-SOCIETE.
RESUME: Une proposition pour l'enseignement de physique dans l'enseignement secondaire (collège en France) à Rio de Janeiro visant à donner une certaine image de l'école et de la science, particulièrement de la physique et de ses applications en classe. Exemples permettant le développement d'un esprit critique de l'enseignement de la physique, en faisant des rapports entre les aspects sociaux et historiques de cette science, et aussi son processus de création.
SUMMARY : Development of an approach to the teaching of physics, in secondary state schools, developing aims to present a concept of school and of science (in our case, physics) and its application for classroom use. Examples helping10create a critical view point to the teaching of this subject. related not only to its social and historical aspects, but aIso to its process of creation.
RESUMO : Apresentaremos a construçao de uma proposta para0ensino de ffsica, para0segundo grau, na rede estadual. 0 trabalho que vern sendo desenvolvido se propôe a apresentar uma visao de escola e de ciência, no caso particular, da ffsica, e a aplicaçao na sala de aula. Serao, portanto, apresentados exemplos que propiciarao desenvolver uma visao crftica do ensino de {{sica, relacionado corn os aspectos sociais e hist6ricos desta ciência, assim como0seu processo de criaçao.
I. INTRODUCTION
Il est vrai que, dans les sociétés en crise, il existe aussi une explosion de scepticisme et de critique dans divers secteurs. Et c'est pendant ces crises que l'on recherche, plus avidement, les issues. La crise dans l'école, y compris ses solutions, constitue un ancien débat. TI est évident que toute décision de changement du système scolaire est aussi une décision de changement politique, dans un sens plus large.
Tout d'abord, nous montrerons un panorama de l'enseignement de la physique à Rio de Janeiro. Nous présenterons ensuite une proposition d'enseignement où le professeur est aussi l'agent de changement. Actuellement, la fonction de l'école est discutée dans le contexte de l'éducation brésilienne. Pour nous qui cherchons à améliorer l'enseignement de physique, cette discussion appelle deux points importants pour la réflexion: Quelle est la fonction de l'enseignement de physique dans le collège ? Quels points de physique doivent être enseignés? Notre travail de recherche essaie de répondre à ces questions, à partir d'une critique du traitement actuel de l'enseignement de la physique dans l'école par une proposition pédagogique au niveau des salles de classe d'enseignement secondaire. Nous tenons compte aussi des interprétations des représentations des élèves sur la physique.
L'enseignement de physique dans le secondaire a comme objectif l'appréhension par les élèves, des résultats des productions scientifiques des
xvn, xvrn
et XIX siècles, en niant le contact avec les ,productions antérieures et postérieuresàces siècles. On ne montre pas comment la théorie présentée est devenue hégémonique. On oublie les crises caractéristiques d'une science, et l'élève n'a accès qu'à la connaissance pure, efficace et révélatrice de vérités. On ne considère pas non plus les liaisons entre science et société. Quand on se rapporte à l'histoire des sciences on se limite à une vision internaliste dans laquelle les facteurs sont intrinsèquesàla science même, comme si c'était une construction essentiellement théorique ou intellectuelle. La science est présentée comme une élaboration pure, fondamentale et désintéressée, ayant comme objectif principal la recherche de la connaissance, de la vérité des choses, l'explication des phénonènes et la découverte de ses vérités objectives: connaître pour connaître ou selon la formule de Koyré:"itinerariwn mentis in varitatem"
(JAPIASSU,1985(1»).
2. NOTRE CONCEPTION
Une conception de l'enseignement de physique se limitant à présenter les contenus comme des résultats rend difficile la vraie compréhension de la connaissance scientifique. Pour des raisons didactiques, on montre seulement une "vitrine de la science" (THUILLIER,1989(2») où les produits sont exposés de façon bien organisée. On oublie donc les processus de construction et de développement des théories.Lascience a pour l'élève une unité si cohérente, qu'il se sent incapable de questionner, de critiquer ou même d'avoir son opinion. Cette vision bien organisée du développement de la
connaissance scientifique s'adapte très bien à la construction d'une conception de la science, propriétaire de la vérité en dehors de tout contexte historique - la connaissance scientifique reste alors un grand instrument pour légitimer le discours de la technocratie. U(..•)hauma ideologia, num sentido muito precioso: a ciência é valorizada na sociedade moderna corrw uma instdncia absoluta, exatamente como Deus é visto pela 19reja. Assim como dizem os padres que queimavam hereges na lnquisiçiio:
'niiosou eu, é Deus quem quer' .. assim fWSSOS tecfWcratas, ao tomarem decis6es, dizem queniiosâo eles os responstiveis, mas a ciência" (THUIlLIER, 1989(3»).
Si nous désirons enseigner des choses qui favorisent l'exercice de la citoyenneté, nous devons partir d'une autre vision de l'éducation scientifique dans le secondaire. L'analyse du développement de la science dans un contexte social montre alors une voie possible de changement, à travers le questionnement de ce qu'estlascience, de comment se produit la connaissance scientifique, et de la nature de son rapport avec la société? La science construit des modèles qui essaient d'expliquer les phénomènes de la nature. Ces modèles n'évoluent pas de façon à être plus proche d'une possible vérité sur la nature, car ils sont construits, ils sont influencés par et influent sur le monde où ils sont élaborés.
D'autre part, l'école, avec ses contradictions, favorise la discussion et la critique de la société. En profitant de cet espace, nous proposons une vision externalistel pour l'enseignement de la
physique. Comme nous l'avons déjà vu, cette vision met en relief l'explication de la genèse des théories scientifiques et leur rapport avec la société. Il faut souligner que nous ne voulons pas redécouvrir toute ou une partie de la physique. Dans ce contexte,le travail de salle de classe doit être abordé sous un angle phénoménologique, équilibré avec une analyse mathématique pertinente pour les sujets traités. Pour réussir cet équilibre il faut examiner le rôle des mathématiques dans la science, en soulignant que ce n'est pas le "langage de la nature" ; et que son utilisation dans la construction des lois scientifiques apparaît, avec l'ascension de la bourgeoise, celle du commerce et de l'internationalisation. Les révolutions commerciale et industrielle ont aidé les mathématiques à devenir le pilier de la science moderne (MASON,1986(4».
Le laboratoire est nécessaire à l'enseignement de physique. Cependant il faut dire aux élèves que ce n'est pas seulement à partir des observations et des expérimentations qu'on développe une théorie, puisque celles - là ont des limites opérationnelles (erreurs de mesure, incertitudes, instruments).Le scientifique, qui a déjà une supposition théorique, en cherche souvent dans le laboratoire la confirmation (KUHN,1978(5» ,sans oublier qu'il existe déjà de nombreuses limites imposées à son modèle théorique.
L'enseignement de la physique dans le secondaire ne doit pas avoir l'objectif de former des chercheurs. Le but doit être de former des gens capables d'exercer leur citoyenneté en posant des questions et en intervenant dans le pouvoir exercé par les technocrates, puisque "la critique de la société moderne passe par la critique de la science"(DEUS, 1979<6».
1 L'approche extemaliste de l'histoire delascience est une conception d'étude dans un contexte plus ampte dans lequel les influences des facteurs culturelsetéconomiques sur le développement des idées scientifiques sont considérés. Contrairement aux conceptions utilisées jusqu'aux années 30 (intemalistes), la conception extemaliste est née avec l'introduction d'une analyse marxiste de l'histoire de la science.
286 3. NOTRE PRATIQUE
Notre pratique dans la salle de classe est liée à la conception présentée dans les paragraphes antérieurs. Cest un des piliers de notre recherche. Nous travaillons dans deux écoles publiques et trois privées. Le niveau socio-économique des élèves est différent selon l'école. Comme nous sommes professeur-chercheur, nous ne travaillons pas dans la salle de classe sur une proposition fermée, mais évaluée et reformulée selon les nécessités des élèves. Nous commençons le cours de physique,àn'importe quel niveau, avec un travail de recherche pour connaître la vision de la science des élèves. Pour ça, ils doivent dessiner ce qu'ils pensent sur la science et/ou sur le scientifique. Ces dessins sont exposés, afin que chaque élève en choisisse un (en dehors du sien) pour l'interpréter. Après, l'idée de l'auteur est comparée à celle de l'interprète. Le plus important ce n'est pas d'arriverà une seule idée, mais de débattre de la vision des élèves sur notre objet d'étude: la physique. Notre interprétation de la représentation de la physique par les élèves, basée sur leurs dessins et débats, sera l'un des vecteurs du développement des activités pendant l'année scolaire.
Dans quelques classes, après cette activité, nous développons une étude sur les unités utilisées en physique. Nous demandons aux élèves, en groupe, de mesurer des objets en utilisant un "standard"créépar eux-mêmes, comme: stylo, main, doigt, gomme, etc.Àpartir des échanges entre les groupes apparaît la nécessité de conversion des différentes unités et la commodité d'un étalon.
Parallèlement à ces sujets-là, nous présentons, dans une autre classe, l'expérience idéalisée par Locke. Les élèves, après avoir trempé une main dans l'eau froide et l'autre dans l'eau chaude, trempent les deux dans l'eau tiède, en s'interrogeant sur la possibilité de mesure de la température d'un corps à travers le toucher. Cette activité, acompagnée de la lecture de textes historiques, montrent la nécessité d'utiliser un instrument plus précis pour mesurer la température. A partir de la construction de thermoscopes et de leur graduation, on étudie l'importance des points fixes dans les échelles thermométriques et la conversion des échelles. Après avoir conduit l'élève à apercevoir ce que sont les unités et les échelles nous débattrons leur importance dans le monde actuel.
Dans l'étude de la mécanique, après le travail sur les unités, nous passons à une discussion sur les référentiels et sur leur importance pour la physique. Nous étudions les systèmes géocentrique et héliocentrique, en partant de la construction et développement d'une expérience proposée par Santo DiezARRIBAS (1987(7). Dans cette partie du travail, il faut souligner deux points.Lepremier c'est la résistance des élèves quand nous essayons de leur poser des questions sur les mouvements de la Terre: ils répondent "que ce n'est pas nécessaire, parce que les livres ont dit que c'est de cette manière- là que la nature fonctionne". L'autre se rapporte à la perception des élèves de la relation science/société : elles sont considérées généralement séparément, et la société est vue comme un obstacle au développement de la science. Ils ne s'aperçoivent pas de l'influence que l'une exerce sur l'autre. Ces données renforcent la conviction que nous devons orienter notre pratique selon la vision présentée dans le paragraphe antérieur.
L'activité suivante, a l'objectif de faire s'interroger les élèves sur le critère d'objectivité des lois physiques. Pour procéderàcette discussion nous utilisons une "boîte noire", illustrée page suivante Les élèves, après l'avoir manipulée, construisent en groupe un modèle qui explique son
fonctionnement.
Ensuite, ils discutent les divers modèles élaborés. Cela permet au groupe de choisir celui qui s'approche le plus de sa perception du fonctionnement de la boîte. Quand nous analysons le processus de choix nous voyons que celui-ci n'est pas seulement fait avec des critères objectifs. Puisque la boîte est toujours fermée,ilest impossible de découvrir et de montrer que les physiciens et les scientifiques n'ont pas le pouvoir de dévoiler la nature, et que "leurs" sciences ne peuvent pas montrer une vérité absolue, car elles sont seulement constituées de modèles qui sont acceptés comme vrais.
Dans les études des phénomènes thermiques, nous développons les expériences de dilatation des solides pour analyser le rôle de l'expérimentation dans la construction d'une théorie scientifique. Nous voulons aussi remettre en question l'impossibilité de construire une unique théorie, exclusivementàpartir de l'expérimentation et de l'observation. Ainsi les élèves sont amenés au problème de l'inexistence d'une chemin unique pour construire une théorie scientifique. Dans les chapitres sur la chaleur et la première loi de la thermodynamique, l'appréhension de ces contenus est en général assez difficile, notamment sur deux points principaux: le concept même de la chaleur qui est assez abstrait, et la façon dont on le travaille. Cette dernière difficulté ne peut être surmontée qu'à, partir du moment où les élèves s'apercoivent que la chaleur est un modèle "créé" pour essayer d'expliquer un phénomène, tout comme l'inflation est un concept "créé" pour expliquer l'accroissement excessif des prix. Cela montre l'importance de la discussion sur la genèse des théories scientifiques avec les élèves, en faisant voir que ces derniers constituent seulement des créations historiquement possibles. En ce qui concerne encore les études de la chaleur, nous faisons un travail dans lequel les élèves, toujours en groupe, lisent et discutent des textes spécifiquement choisis(MASON, 1986(4),RONAN, 1987(9», puis présentent leurs opinionsàtoute la classe pour qu'un grand débat s'installe.
Les chemins parcourus ne nous conduisent pas à la fin de la recherche, mais nous ramènent à son début. Cependant, ces chemins montrent que si les élèves ne comprennent pas que "(... ) le monde physique ce n'est pas la physique (..,)"(GEERT,1978(10»,ilsera impossible d'appendre des concepts comme les lois de Newton, la première loi de la thermodynamique et beaucoup d'autres.
4. BIBLIOGRAPHIE
(1)JAPIASSU (J.), 1985. -A Revoluçiio Cientfjica Moderna. Imago, Rio de Janeiro,.p. 58.
(2)THUllIER (P.), 1989. - 0 Contexto Cultural da Ciência (entrevista). InCiência Hoie, 9 (50), p.23.
(3) idem. p. 21
Traduction du texte original en portugais par les auteurs:
u ....ily a une idéologie, d'un sens très précis la science est valorisée dans la société moderne comme quelque chose d'absolu, exactement comme Dieu est vu par l'Eglise. En utilisant les mots des prêtres qui bralaient les hérétiques pendant l1nquisition: ce n'est pas moi, c'est Dieu que le veut - ainsi nos technocrates, en prenant les décisions, disaient que ce n'étaient pas eux les responsables, mais la science."
(4)MASON (S.F.), 1986. -Historia de las Ciências . Alianza Editorial, Madri, 2.
(5) KUHN (T.S.), 1978. -A Estrutura das Revoluçoes Cientificas. Editora Perspectiva, Sao Paulo, 21ediçao.
(6) DEUS (J.D.), 1979. -A Cr{tica da Ciência.. Zahar Editores, Rio de Janeiro, 21ediçao.
(7)ARRIBAS (S.D.), 1987. -ExperiênciasdeFfsica ao Alcanceda Escola.. Universidade de Passo Fundo, Passo Fundo. 31ediçao.
(8) RONAN (C.A.), 1987. -Historia llustradada Ciência. Universidade de Cambridge, Circulo do Livro, Sao Paulo.
