ARTheque - STEF - ENS Cachan | Problèmes théoriques et pratiques de la médiation, concernant la modélisation d'une situation physique par les élèves du Lycée (Bac.)

PROBLÈMES THÉORIQUES ET PRATIQUES

DE LA MÉDIATION CONCERNANT LA MODÉLISATION

D'UNE SITUATION PHYSIQUE

PAR LES ÉLÈVES DU LYCÉE (BAC.)

Juan Bernardino LOPES*, Joana SILVA**, Nilza COSTA*** *Secçào de Ffsica, U.T.A.D., Quinta de Prados

**Escola Secundaria Morgado Mateus, Vila Real ***Dep. de Didactica e T. Educativa, Univ. Aveiro

MOTS-CLÉS: MODÉLISATION - CONCEPTUALISATION - MÉDIATION

RÉSUMÉ: L'étude concerne une proposition didactique, leur exécution et évaluation dans un contexte de recherche-action en classe de baccalauréat (i2e année de scolarité) de Physique. Les objectives de cette recherche sont de mettre en évidence: i) les rapports entre la conceptualisation (représentation conceptuelle en sens restreint) et la modélisation: ii) les contraintes de la m.édiation de la représentation conceptuelle.

SUMMARY : The study is concerned with the presentation, implementation and evaluation of a didactics proposai in the context of action-research with a class of higher education in physics (17-18 years old). The aims of the research are to bring up evidence about: i) the relation between conceptualization (conceptual representation in a restrict sense) and modelling ; ii) the constranits of the mediation of conceptual representation.

1. INTRODUCTION

La modélisation d'une situation physique a besoin d'une multiplicité de compétences dans l'utilisation des concepts, au sens de Vergnaud et Lemeignan et Weil-Barais.À cause de cela, on a besoin de sous-tâches pour guider la modélisation, comme des aides didactiques spécifiquesàfournir dans certains moments du processus. L'évaluation de tout le processus rend possible l'étude des rapports entre la conceptualisation et la modélisation et les contraintes de la médiation de la représentation conceptuelle.

Pour résoudre un problème physique dans une approche modélisante, il est nécessaire, entre autres compétences, de faire des répresentations conceptuelles des objects et des événements, comme de la situation physique globale. La représentation conceptuelle de la situation physique globale exige une représentation conceptuelle qu'on appelle centrale dans la mesure où elle faitl'interliaison avec les autres représentations conceptuelles et permet de contrôler la résolution du problème. Comme nous avons dit, la représentation conceptuelle (dans ses multiples formes) est une forme de conceptualisation et joue un rôle très important dans la modélisation. Un des objectifs de cette étude est de mettre en evidence quelques rôles de la représentation conceptuelle dans la modélisation. Ce problème de recherche est soutenu par le travail théorique de Vergnaud, l'analyse conceptuelle de Weil-Barais et Lemeignan, le travail empirique de Larcher, la réflexion de Martinand (qui pose le problème des rapports entre la conceptualisation et la modélisation), le travail de Lapes etal.,mettant en évidence le rôle de la modélisation dans la maitrise conceptuelle.

L'évaluation de la médiation de la construction des représentations conceptuelles permet de mettre en évidence comment le professeur véhicule les représentations conceptuelles dans les aides qui donne aux groupes d'élèves. Le travail théorique et empirique de Weil-Barais et les travaux de Vygotsky soutiennent l'approche de ce problème de recherche.

2. MÉTHODOLOGIE DE L'ÉTUDE

- Population étudiée: Une classe de baccalauréat de physique (nord du Portugal) dans leur fonctionnement normale (20 élèves).

- Équipe de recherche: Le professeur de la classe et deux chercheurs extérieurs. • Séances: la modélisation a été faite en plusieurs séances, pendant deux mois.

- Ambiance: En classe.Leprofesseur était dans la classe et les autres chercheurs n'y étaient pas; le seule objet étrange est un micro enregistreur par groupe et un autre pour le professeur. Hors de la classe il y avait un travail, conjoint, entre le professeur et les chercheurs: reflechir sur le travail dans la classe, basé sur l'information orale du professeur et sur la production écrite des élèves; faire des corrections dans les sous-tâchesà presenter aux élèves et redéfinir les aides.

- Travail préalable: analyse des compétences nécessairesà la modélisation; construction des sous-taches conçues pour proposer, aux élèves, comme guidages pour l'exécution de la tache; construction des aides didactiquesàfournir dans certains moments, considerés critiques, a priori.

- Problème proposé aux élèves : La situation physique est la suivant: de petits ballons (de plusieurs matériaux) tombent d'une hauteur fixe sur une planche de masse variable (surface de contact constant) appuiée sur une balance. Le problème a concerné le rapport théorique et expérimental, la force exercée sur la planche avec la force exercée dans la balance. Le but était de faire une modélisation, dans la classe, de la situation physique conditionnée par le problème. Les élèves ne font pas l'expérience, mais on a fait une démonstration expérimentale et leur ont été données diverses informations expérimentales, pertinentes ou non.

• Recueil de l'information: documents écrits produits par les élèves (dans et hors de la classe), enregistrement des interventions du professeur et des élèves en chaque groupe et registre écrit quotidien du professeur.

- Traitement de J'information: Dans une première phase, on fait le protocole écrit de tous les engistrements des interventions du professeur et des élèves dans leurs groupes; on organise toute l'information par moments du procès de modélisation, en faisant en particulier le croisement entre le protocole écrit des interven tions du professeur et le protocole écrit des interventions des élèves en chaque groupe. Dans une seconde phase, on choisit les critères de définition de l'unité d'analyse. On fait, pour chaque groupe, une analyse en considerant trois types d'informationàextraire en chaque unité d'analyse: i) points clés de la modélisation; ii) description des raisornements /actions/ difficultés et après une catégorisation des représentations conceptuelles sousjacentes ; iii) même chose pour le professeur.

3. RÉSULTATS

Les résultats sont syntetisés dans plusieurs matrices "la représentation conceptuelle" versus "les phases de modélisation", du type de la matrice l, pour tous les autres groupes: la représentation conceptuelle des élèves de même que la représentation conceptuelle véhiculé par le professeur. 3.1 Résultats des représentations conceptuelles des élèves pendant la modélisation Première phase. Pour le groupe A l'activité intellectuelle principale est de représenter conceptuellement les aspects parcellaires, en utilisant les invariants, sur la façon de prendre le problème et aussi l'essai de les traduire symboliquement. Cela se termine par l'essai de recourirà une certaine représentation conceptuelle de la relation fonctionnelle pour faire une représentation conceptuelle des planches sous la base de l'information expérimentale. Par contre, le groupe C essaye de construire une relation fonctionnelle sans aucune représentation conceptuelle centrale ou simplement quelques de ses aspects parcellaires, en terminant rapidement dans une confrontation expérimentale sans sens.

Seconde phase. La reformulation des aspects parcellaires de la représentation conceptuelle est utilisée pour faire une traduction symbolique des représentations des événements et des quelques aspects de la représentation conceptuelle centrale et de la représentation conceptuelle de la relation fonctionnelle. Cela se termine par la construction d'un modèle (pas efficient et non particulier) avec

une certaine représentation conceptuelle des relations, de la représentation conceptuelle centrale (deux formes) et des objets. Par contre, le groupe C fait une traduction symbolique sans correspondance avec quelque représentation conceptuelle préalable ou parallèle, en terminant dans un modèle particulier.

Points critiques. Au cours de la modélisation les points critiques pour les deux groupes sont la représentation conceptuelle centrale (façon de prendre le problème et de l'interpreter), seulement supérée par le groupe A ; la représentation conceptuelle de la relation fonctionnelle; la confrontation expérimentale sans soutenance de quelques représentations conceptuelles, plus fort dans le groupe C; la représentation conceptuelle des planches. Pour le groupe A les aides sont plus efficientes que pour le groupeC.

3.2 Résultats des représentations conceptuelles véhiculées par le professeur

Première phase. Les aides acompagnent les activités de chaque groupe. Pour le groupe A les aides sont centrées, surtout, en la représentation conceptuelle centrale (aspects parcellaires) et représentation conceptuelle de la relation fonctionnelle. Pour le groupe C les aides accompagnent les représentations conceptuelles des objets et des événements et essaient d'éclairer la construction de la relation fonctionnelle par les élèves sans aucune représentation conceptuelle, avec une représentation conceptuelle des relations fonctionnelles en différents moments de la modélisation.

Seconde phase. Les aides essaient de contrarier l'absence de représentation conceptuelle centrale globale. On fait une extension du champ conceptuel de collision. Cette phase a été seulement possible après une analyse rétroactive et c'est égale pour tous les groupes.

Troisième phase. Les aides sont plus ou moins explicites dans la traduction symbolique, contenant plusieurs types de représentation conceptuelle. Cette phase est semblable en tous les groupes.

4. DISCUSSION ET CONCLUSIONS

1. Dans le contexte de l'étude, il semble qu'il y a une forte dépendance de modélisation par la représentation conceptuelle. En particulier, il semble que les représentations conceptuelles centrales empêchent d'avancer dans la modélisation. L'absence d'un type de représentation conceptuelle centrale quelconque conduitàun modèle particulier. Mais s'il y a quelques aspects, même parcellaires de la représentation conceptuelle, il y a un modèle moins particulier. L'absence de représentation conceptuelle centrale (façon de prendre le problème et façon de donner signifié et contrôler qualitativement la solution) peut conditionner et bloquer la modélisation.

2. Le patron de la matrice "représentation conceptuelle*phases de la modélisation" permeta posteriori d'inférer rapidement les points critiques dans la modélisation et sa médiation.

3. La médiation par le professeur de la représentation conceptuelle présente trois types de difficultés. i) Il est necessaire faire une médiation rétroactive après une analyse minimum; ii) Il est difficile de discerner que certains aspects des dialogues entre les élèves sont précurseurs de la construction de la

représentation conceptuelle; iii) Les points critiques de la modélisation sont visibles, seulement, après une analyse plus profonde.

BIBLIOGRAPHIE

LARCHER

c.,

La physique et la chimie, sciences de modèles,Dumonde du réel aux connaissances

scientifiques en passant par la modélisation, in Toussaint1.(coord.),Didactique appliquée de la

physique-chimie,Paris: Nathan Pédagogie, 1996, 160-178.

LEMEIGNAN G.; WEIL-BARAIS A., Construire des concepts en Physique,Paris: Hachette

Éducation, 1993.

LOPES 1.-B., COSTA N. WEIL-BARAIS A., DUMAS-CARRÉ A., Évaluation de la maîtrise des

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MARTINAND J.-L., Introduction à la modélisation, inActes Séminaire de Didactique des disciplines

technologiques,Cachan, 1995, 126-138.

VERGNAUD G., La théorie des champs conceptuels,Recherches en Didactique des Mathématiques,

1991,10(23), 133-170.

WEIL-BARAIS A., Médiation et didactique, in Chapaz, G.•Comprendre et construire la médiation,

Université de Provence, C.N.D.P. de Marseille, 1995,44·74.

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