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Bernard Gisin mai 2005
Collège Claparède
Genève
Année scolaire : 2004 - 2005 IFMES : 2ème année, physique.
MEF : Monsieur Bernard Gisin
MFR : Monsieur Maurice Reusse
MM : Monsieur Jacques Bochet
RF-DIR : Madame Silvia Cremonte Travail de Fin
de Formation Initiale Cours de dynamique basés sur l'expérimentation Cours donnés à trois classes de première année du collège Claparède.
Plan Pages 1. Motivations 1 2. Problématique 1 3. Objectifs 1 4. Public visé 1 5. Contexte 2 6. Hypothèses de départ 2 7. Réflexions préliminaires 3
Faut-il demander aux élèves de définir les concepts de masse et de
force ? 3 8. Démarche de préparation des cours 3 9. Liste d'expériences permettant aux élèves de s'initier à la notion de
force 3 10. Description du déroulement des cours 7 11. Difficultés rencontrées 9 12. Les objectifs ont-ils été atteints ? 10 13. Avantages et inconvénients de cette méthode d'enseignement 10 14. Conclusions 11 15. Références bibliographiques 12 16. Annexes 13
Annexe 1 : Nombre de points par exercice 13
Annexe 2 : l'épreuve de niveau 2 14
Annexe 3 : le corrigé de l'épreuve de niveau 2 16
Annexe 4 : les activités 18
Annexe 5 : caractéristiques d'une masse et d'une force. 25 1. Motivations Les motivations pour donner ces cours basés sur l'expérimentation sont
triples. Premièrement, certains élèves de première année m'ont dit que le
cours de cinématique était ennuyeux. Ils ont pourtant bien travaillé et
obtenu de bonnes notes, donc je prends au sérieux leur remarque.
Deuxièmement, le séminaire de didactique sur les laboratoires m'a montré un
chemin possible pour rendre les élèves plus actifs. Troisièmement, mon
enseignement en duo au cycle d'orientation avec M. Jacques Bochet m'a
montré une autre manière d'enseigner, qui me plaît beaucoup. Elle se base
sur le constructivisme, qui dit que l'élève n'apprend qu'en construisant
son savoir, le maître ne peut que le guider dans son apprentissage, mais il
ne peut pas apprendre à sa place. La majorité des cours de M. Bochet est
basée sur la représentation que se font les élèves de l'électricité, sur
leurs confrontations et sur des expériences qui les amènent vers une
représentation permettant d'expliquer leurs observations. 2. Problématique Suite aux cours traditionnels beaucoup élèves répondent correctement aux
questions d'épreuves, mais ont-ils compris la physique enseignée ? Les
résultats de mes élèves de deuxième année, lors d'une épreuve sur
l'électrocinétique, me font douter de leur compréhension. Ils avaient le
choix entre répondre à des questions simples et des questions de calculs.
Les questions simples ne demandaient qu'une compréhension des bases des
circuits électriques. Les questions de calculs demandaient de connaître des
formules de physique et de savoir les appliquer pour obtenir des résultats
numériques. La majorité des élèves a choisi les questions de calculs. Ceux
qui ont choisi les questions "simples", ont fait trop d'erreurs. Malgré de
bonnes notes à l'épreuve, je pense que peu de semaines après le cours, la
majorité des élèves aura oublié l'essentiel du cours. Les travaux de
Laurence Viennot sont étoffés de statistiques qui montrent qu'un nombre
important d'élèves répond incorrectement à des questions simples, portant
sur des sujets qu'ils ont étudiés. Une fois les cours terminés, ils
conservent d'anciens schémas explicatifs. Comment aider les apprenants à
modifier leurs représentations pour qu'elles leurs permettent d'améliorer
leurs interprétations de phénomènes physiques ?
Un deuxième point est lié à la motivation des élèves. Une personne
intéressée par un sujet donné, retiendra plus d'informations, et sera plus
enclin à modifier ses conceptions. Comment capter d'avantage leur attention
? 3. Objectifs Un objectif de cette approche basée sur l'expérimentation est de motiver
plus d'élèves et par conséquent leur permettre une meilleure compréhension
de la physique enseignée. D'autre part, ces cours les places dans une
situation d'observation et d'apprentissage en étant actif. Les thèses du
constructivisme soulignent l'importance pour l'apprenant d'être actif
durant son apprentissage. Ce n'est qu'ainsi qu'il s'appropriera de
nouvelles connaissances. La compréhension est donc privilégiée par rapport
aux techniques de résolutions de problèmes. 4. Public visé Les constatations précédentes concernent tous les niveaux, mais je me suis
limité pour ce travail aux cours de dynamique, donnés à des élèves de
première année du collège, c'est-à-dire à des adolescents entre 14 et
16 ans. 5. Contexte Ces cours ont été donnés à trois classes de première année, au collège
Claparède.
- Un cours était donné le lundi après-midi de 15h20 à 16h55 à 10 élèves de
niveau 2 (avancé).
- Un cours était donné le mercredi matin de 8h00 à 9h35 à 12 élèves de
niveau 1 (normal).
- Un cours était donné le mercredi matin de 9h55 à 11h30 à 11 élèves de
niveau 2 (avancé).
Huit leçons de deux heures pour le groupe du lundi et le groupe de niveau 1
du mercredi matin.
Sept leçons de deux heures pour le groupe de niveau 2 du mercredi matin.
Une heure de cours correspond à 45 minutes.
Suite à ces cours, une épreuve de 95 minutes a permis d'évaluer les
acquisitions des élèves en dynamique. 6. Hypothèses de départ 6.1 Pour apprendre, les élèves doivent être actifs. Certains réussissent
à être intellectuellement actifs durant un cours transmissif, qui leur
suffit. Mais pour une majorité, leur activité doit être physique en
manipulant, observant, en confrontant leurs idées et en écrivant. C'est
la thèse principale du constructivisme. Les discussions que j'ai eu à
ce sujet, en particulier avec M. François Lombard(1) et M. Jacques
Bochet, m'ont convaincu de son importance. Elle est également défendue
par de nombreux chercheurs en didactique, tel que Gérard de Vecchi,
Jean-Pierre Astolfi et Guy Robardet.
6.2 Les concepts compris restent mémorisés plus longtemps que les
techniques, qui elles s'oublient vite. J'ai discuté de ce sujet avec
plusieurs amis, tels que les deux personnes citées ci-dessus, mon
maître formateur et mon frère qui est professeur de physique à
l'université de Genève. Ils m'ont tous répondus qu'ils étaient
convaincus de la véracité de cette hypothèse. J'en ai également discuté
avec ma belle s?ur, qui n'a pas de formation scientifique, mais qui
était opératrice d'un microscope électronique. Elle m'a confirmé que
pour savoir utiliser cet appareil, elle a dû comprendre la fonction des
boutons qu'elle manipulait. Apprendre par c?ur la suite de
manipulations à effectuer pour obtenir des photos était ne lui
suffisait pas.
6.3 Les concepts s'apprennent mieux par l'expérimentation que par la
théorie. Cette hypothèse est probablement la plus controversée des
trois. Plusieurs de mes collègues doutent de sa validité. En
interrogeant mes élèves, une fois les cours et l'évaluation terminée,
une petite majorité préférait voir la théorie avant l'expérience, alors
que d'autres trouvaient intéressant d'aborder la théorie à travers
l'expérience. Un dosage optimal entre la théorie et l'expérience, ainsi
que leur ordre de présentation reste une tâche très difficile. Pour vérifier ces hypothèses, il faudrait donner des cours transmissifs à
un groupe d'une centaine d'élèves ou plus et des cours basés sur
l'expérimentation à un autre groupe de taille similaire. Ensuite comparer
leurs résultats lors de tests. Il faudrait faire une comparaison peu de
temps après les cours et une autre plusieurs semaines ou mois après les
cours. Je n'ai pas connaissance de tels tests, qui sont particulièrement
délicats à réaliser sans biais. Les travaux de Laurence Viennot et de
Gérard de Vecchi montrent que les cours transmissifs donnent des résultats
décevants. Leurs travaux sont relativement récents et notre recule est
insuffisant pour affirmer que les autres approches donnent de meilleurs
résultats. (1) M. François Lombard est enseignant en biologie au collège Calvin et
chargé d'enseignement à la faculté de psychologie et des sciences de
l'enseignement.
7. Réflexions préliminaires Deux grandeurs fondamentales en dynamique sont celles de masse et de force.
Il faut donc savoir les définir ou les caractériser. Pour satisfaire ma
propre curiosité et être à l'aise avec ces deux notions, je les ai définies
clairement, différemment de ce qu'ont trouve dans les livres de références,
tel que le "LEP" cité dans la bibliographie. Dans l'annexe numéro 5 se
trouve ces caractérisations. J'ai fait cela, car les définitions usuelles
ne me satisfont pas (je les trouve trop simplistes) et pour clarifier ces
concepts. Par contre une telle précision risque plus de troubler les élèves
que de les aider. Les élèves ont reçu un cours papier avec ces réflexions,
destinées aux plus curieux, mais la lecture des pages correspondantes a été
laissée à la discrétion des élèves. Faut-il demander aux élèves de définir les concepts de masse et de force ?
Je n'ai pas trouvé de livres qui définissent précisément ces notions. Même
pour Newton et les physiciens qui lui ont succédé, ces définitions ont été
très difficiles à donner. Il est étonnant de voir le nombre de livres de
physique qui "définissent" la masse ainsi : "la masse est une grandeur qui
caractérise la quantité de matière" (réf. LEP, mécanique, chapitre 4). Cela
ne fait que déplacer le problème : "qu'est ce que la quantité de matière
?". Au cycle d'orientation, on définit la matière par "tout ce qui a une
masse". On tourne en rond ! En conséquence, j'ai choisi de ne pas demander aux élèves d'essayer de
définir ces deux grandeurs. J'ai commencé avec des caractérisations
exp