L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES PHYSIQUES EN L.P.,
DISCIPLINE DE SERVICE PAR RAPPORT À LA TECHNOLOGIE
Béatrice JOUIN
LIREST / PLP2 au LP J-P. Timbaud, Aubervilliers
MOTSCLÉS : DISCIPLINE DE SERVICE FORCE COMPÉTENCES TECHNOLOGIE DE L’AUTOMOBILE
RÉSUMÉ : En lycée professionnel, les sciences physiques ont essentiellement une fonction de “discipline de service” par rapport à la technologie, ce que nous avons montré dans un domaine professionnel particulier - la mécanique automobile - et pour un niveau d’étude - le BEP. Cela nous a permis d’envisager comment l’enseignement des sciences physiques peut contribuer à la formation technologique des élèves, et de faire des choix concernant l’apprentissage du concept de force.
ABSTRACT : In secondary school for vocational training, the function of physics is mainly to be “in service” of technical instruction. We demonstrated this within a technical field such as car mechanics, for a particular school level – BEP. Through this study our objective has been to give an exemple of physics instruction which may contribute to improving the technical training of students and make specific choices in the teaching of the concept of force.
1. FONCTION DE L’ENSEIGNEMENT DES SCIENCES PHYSIQUES EN L.P.
En lycée professionnel, les diplômes préparés ont un caractère professionnel, les élèves étant destinés à devenir des ouvriers qualifiés dans un domaine professionnel particulier. D’après la typologie de Martinand (1992), qui distingue, selon le type de formation, des disciplines ayant une
fonction de formation, de service ou d’ouverture, c’est l’enseignement technologique (théorique et
pratique) qui constitue, dans ce contexte scolaire, la discipline de formation. Les sciences physiques ont alors principalement une fonction de discipline de service par rapport à la technologie.
Établir la légitimité et les potentialités de cette proposition passe par l’étude des relations entre les deux disciplines, dans le cas particulier d’un domaine professionnel - la maintenance automobile -, à un niveau d’étude le BEP , et pour un domaine de connaissance étudié par les deux disciplines -la mécanique.
L’analyse des instructions officielles des deux disciplines (reférentiel du diplôme pour l’enseignement technologique, le programme pour l’enseignement scientifique), en référence au schéma de la modélisation de Martinand (1996), fait tout d’abord apparaître des logiques spécifiques, les finalités et le regard sur les objets ayant des conséquences sur les concepts utilisés : - en technologie, la finalité est la compréhension du fonctionnement du véhicule automobile en vue d’une action sur lui. Les objets d’études sont les systèmes du véhicule, composés de plusieurs éléments liés entre eux, les concepts utilisés sont la liaison mécanique et l’action mécanique ; - en sciences physiques, la finalité est une acquisition de connaissances et de méthodes en vue d’expliquer et de prédire des phénomènes. Les objets sont divers, le programme préconisant de les choisir “de préférence dans le champ professionnel des élèves”. Les concepts à étudier en mécanique sont la force, le moment d’une force et la pression.
Pourtant, une contribution des sciences physiques à la formation technologique des élèves s’avère possible :
- au niveau des finalités, puisque la technologie fait référence à la physique et utilise certains savoirs enseignés en physique,
- au niveau des objets, quand l’approche scientifique apparaît comme l’une des composantes de l’approche technologique, quand est étudié le principe de fonctionnement de l’objet,
- au niveau des concepts, car le concept d’action mécanique recouvre en partie celui de force et de moment d’une force.
Le référentiel du diplôme est rédigé en termes de compétences à acquérir. Dans le champ de la maintenance automobile, ce sont les compétences traiter - décider et réaliser qui sont prioritaires en technologie, les deux autres étant communiquer et évaluer. Dans les objectifs du programme de sciences sont mentionnées des compétences qui relèvent d’une démarche de construction des connaissances, et qui donnent une place importante à l’expérimental et à l’utilisation des connaissances. Au delà de logiques propres et de priorités différentes, apparaît une synergie possible entre la recherche de paramètres et l’émission d’hypothèse en sciences, la conception et la réalisation d’un diagnostic de panne en technologie.
Il est donc légitime et possible d’envisager l’enseignement des sciences physiques comme une discipline de service par rapport à la technologie.
2. CONFRONTATION DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE LA TECHNOLOGIE
Construire un enseignement de mécanique assumant cette fonction de service passe nécessairement par une confrontation entre les disciplines, réalisée pour le concept de force, à partir des instructions officielles et des manuels scolaires de B.E.P..
En technologie de l’automobile, les phénomènes rencontrés sont des équilibres - d’objets soumis à deux forces essentiellement -, des déformations et des mouvements.
Le programme de sciences au niveau BEP est centré sur l’étude de l’équilibre d’un solide soumis à 3 forces, le moment d’une force et les forces pressantes. La résistance des matériaux se limite à l’étude de courbes de déformations.
L’enseignement actuel du concept de force est donc en deça ou en décalage par rapport à l’utilisation qui en est faite en technologie dans ce domaine professionnel.
En technologie, les objets sont les systèmes du véhicule automobile, leurs éléments peuvent être solides, liquides ou gazeux. Ils sont étudiés de plusieurs points de vue : structurel, fonctionnel et analytique. En sciences physiques, les objets étudiés dans les manuels sont de types divers : objets de laboratoire, de la vie courante et objets techniques. Ce sont des objets rigides, ou fluides pour l’étude des forces pressantes. Ce sont des objets idéalisés, où seule est prise en compte ce caractère rigide ou fluide, et ils sont qualifiés de “corps”, “solide”, ou “système”. La phénoménographie n’est donc pas la même dans les deux disciplines.
Quant aux concepts, c’est la force qui est utilisée dans les manuels de technologie de l’automobile. Elle est qualifiée également d’”action”, ou d’”effort” dans le cas de résistance des matériaux. Les propriétés de la force sont les mêmes qu’en sciences physiques, mais à plusieurs reprises, les
manuels mentionnent une propriété de transmission de la force au niveau d’une liaison. Les représentations graphiques des forces ne sont pas homogènes dans les manuels (Figure 1)
Figure 1 : représentation graphique d’une force (manuel de Mémeteau)
3. CHOIX POUR UN ENSEIGNEMENT DE MÉCANIQUE
Ce travail de confrontation entre les disciplines a permis de repérer sur quoi faire porter les choix pour un apprentissage de concepts en physique.
En ce qui concerne les savoirs, il s’agit de :
- rompre avec le découpage traditionnel des domaines de connaissance de la physique, et étudier en une unité cohérente les propriétés du concept de force, qui relèvent de la statique, de la dynamique et de la résistance des matériaux,
- privilégier certaines propriétés utilisées en technologie : la composition-décomposition, y compris pour résoudre des problèmes d’équilibre, alors qu’en physique, c’est le dynamique des forces qui est utilisé actuellement,
- choisir un référent empirique constitué principalement d’objets appartenant au véhicule automobile, des phénomènes en référence à des problèmes techniques du domaine professionnel, - étudier des cas particuliers utilisés en technologie : forces pressantes, forces de frottement,
- choisir un vocabulaire ne prêtant pas à confusion: parler d’”objet” et non de “solide” ou de “système”, de “force” et non d’”action”,
- de prendre en compte, présenter et discuter les différences entre les disciplines, au niveau du vocabulaire tout d’abord, quand le “couple” en technologie représente le moment d’une force en physique, ou qu’il est question de force motrice ou de force centrifuge pour interpréter certains phénomènes. Pour la propriétés de transmissibilité d’une force au niveau d’une liaison (Figure 1), qui ne peut pas faire l’objet de compromis avec la grandeur physique, le choix a consisté à présenter en parallèle les discours des deux disciplines en montrant les logiques disciplinaires qui les soustendent : en sciences, l’étude portre sur le comportement d’un objet en fonction des autres objets qui exercent des forces sur lui ; en technologie, il s’agit d’étudier des systèmes composés de plusieurs objets, et en particulier la conséquence sur un objet d’”arrivée” d’un mouvement d’un objet de “départ”. Les objets intermédiaires ont une fonction de transmission du mouvement.
En ce qui concerne les compétences, le choix consiste à privilégier la recherche de paramètres influant sur le phénomène et l’émission d’hypothèse suivie de validation expérimentale.
Afin d’assumer non seulement la fonction de service des sciences, mais également sa fonction d’ouverture, les leçons ont été structurées de la façon suivante :
- formulation un problème technique, issu du domaine professionnel, - étude d’exemples servant de référent empirique à la propriété à étudier,
- démarche de modélisation intégrant les compétences exigibles dans le domaine professionnel, et une phase d’expérimentations, stratégie d’apprentissage particulièrement adaptée au public de L.P., - structuration des connaissances,
- transfert des connaissances à d’autres problèmes, en particulier à des problèmes techniques.
4. DISCUSSION
La séquence a été réalisée dans une classe de Terminale BEP Maintenance des Véhicules Automobiles et évaluée par différents dispositifs : des observations faites en classe, des tests avant et après enseignement, des entretiens quelques mois après la passation. Les résultats obtenus sont convergents et permettent de conclure que ces choix ont été pertinents. En effet :
- la représentation que les élèves se font du véhicule automobile s’est transformée. Ils mentionnent dans les entretiens de très nombreux systèmes où sont en jeu des forces, et mettent en relation des propriétés du concept avec des objets ou des phénomènes du véhicule, - ils sont capables de faire une résolution qualitative de certains problèmes de mécanique : dans les tests, à propos de l’immobilité ou de l’avancement d’un véhicule sur route, une moitié des élèves mentionne des forces de frottements, alors qu’ils avaient tendance à raisonner avant enseignement en termes de procédures ou de fonction ,
- ils ont perçu le lien entre la séquence de sciences et leur formation technologique. Ils décrivent les finalités des deux disciplines de la façon suivante : en sciences “on explique”, “on montre”, “on
fait des expériences”, et en technologie, “on voit juste la théorie”, “on doit appliquer”, “on doit savoir, donc il faut avoir compris”. Tous les élèves évoquent le problème technique en début de
leçon, exprimant qu’il constitue une motivation ou une aide à l’apprentissage. Ils rapprochent tous également la recherche de paramètres et l’émission d’hypothèse du processus de diagnostic de panne. Les expérimentations ont constitué selon eux une aide à la compréhension ou à la mémorisation.
Ainsi, considérer les sciences physiques en L.P. dans leur fonction de discipline de service par rapport à la technologie apparaît non seulement légitime stratégiquement mais encore réaliste pratiquement, source de motivation pour les élèves et efficace pour l’apprentissage.
BIBLIOGRAPHIE
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