une résolution de problème - Sciences physiques et chimiques

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Table des matières

1. Introduction 3

2. Quels sont les contours d'une activité de résolution de problèmes en
physique-chimie ? 3

2.1 La résolution de problèmes dans les programmes de lycée 3

2.2 La résolution de problèmes sous l'éclairage des compétences 4

2.3 « Réussir » une résolution de problème 5

3. Quels sont les intérêts pédagogiques d'une activité de résolution de
problèmes en physique-chimie ? 6

3.1 Du point de vue de l'élève 6

3.1.1 Raisonner à sa façon 6

3.1.2 Se tromper pour progresser 6

3.1.3 Travailler autrement 6

3.2 Du point de vue du professeur 6

4. Comment former les élèves à la résolution de problèmes en physique-
chimie ? 7

4.1 Une programmation à prévoir 7

4.2 Travailler les capacités dans un cadre « complexe » 7

4.3 Les phases incontournables de la résolution de problèmes 8

4.4 L'organisation du travail en classe 8

5. Comment évaluer les élèves lors de résolution de problèmes en
physique-chimie ? 8

5.1 Une évaluation nouvelle 8

5.1.1 La problématique de l'évaluation 8

5.1.2 L'auto évaluation est possible 9

5.2 Une évaluation fondée sur les compétences 9

5.2.1 Attribution d'un niveau de maîtrise pour chaque compétence 9

5.2.2 Etablissement d'un tableau récapitulatif des niveaux de maîtrise
des compétences 10

5.2.3 Attribution d'une note au regard des niveaux de maîtrise des
compétences 10

6. Quelques exemples de résolutions de problèmes de la seconde à la
terminale S 10

6.1 La conception d'une résolution de problème 10

6.2 La banque de ressources proposée par le GRIESP 11

6.2.1 Plusieurs « niveaux » pour chaque résolution de problème 11

6.2.2 Les choix qui ont motivé la conception des ressources 11

6.2.3 Liste des ressources proposées 11

7. Une bibliographie - sitographie sur la résolution de problèmes 13

7.1 Ouvrages 13

7.2 Sitographie 13

7.2.1 Sites nationaux et internationaux 13

7.2.2 Sites académiques 13

8. Membres du Griesp 14

9. Annexes 15-237







Introduction

La résolution de problèmes a été explicitement introduite dans le nouveau
programme de spécialité de la classe de terminale S entré en application à
la rentrée scolaire 2012. L'aptitude à résoudre un problème fait partie des
grandes compétences du XXIème siècle, compétences qui devront être
construites dans les écoles de demain. D'après l'OCDE[1], on constate ces
dernières décennies une forte augmentation des emplois requérant de solides
compétences en résolution de problèmes.

Dans le cadre de l'évaluation internationale PISA[2] 2012, les performances
des élèves de 15 ans en résolution de problèmes ont été évaluées. Dans le
contexte de PISA, la résolution de problèmes est définie comme « la
capacité d'un individu à s'engager dans un traitement cognitif pour
comprendre et résoudre des problèmes, en l'absence de méthode de solution
évidente, ce qui inclut sa volonté de s'engager dans de telles situations
pour exploiter tout son potentiel de citoyen constructif et réfléchi ». Il
faut souligner que les problèmes mis en ?uvre dans cette évaluation
internationale sont a priori conçus pour s'affranchir des connaissances des
domaines classiques évalués par PISA comme la compréhension de l'écrit, la
culture mathématique et la culture scientifique. Ce n'est pas le parti pris
pour ce qui concerne la résolution de problèmes en physique-chimie, celle-
ci doit s'appuyer de fait sur les connaissances et savoir-faire exigibles
des programmes de lycée, ce qui la différencie de manière significative du
cadre identifié par PISA même si les compétences mobilisées sont
similaires.

La formation à la résolution de problèmes doit s'inscrire dans un continuum
qui va du collège, où les élèves se voient proposer des « tâches
complexes » et des démarches d'investigation, à l'enseignement post-
baccalauréat, avec l'introduction de la résolution de problèmes en classes
préparatoires aux grandes écoles et dans certaines universités. Pour
faciliter cette transition, ce document prend résolument le parti d'inciter
les professeurs à débuter la formation des élèves à la résolution de
problèmes dès la classe de seconde. Ainsi, certains des exemples proposés
sont destinés à des élèves de seconde ; d'autres sont à l'intention des
élèves de première ou de terminale.

Ce document vise à proposer aux professeurs des pistes et des exemples pour
former les élèves à la résolution de problèmes. Les suggestions formulées
n'ont naturellement aucun caractère normatif ou prescriptif, les questions
des compétences mobilisées et de l'évaluation formative ou sommative seront
également traitées car elles sont indissociables d'un apprentissage
efficace et structuré. Remarquons enfin que cette contribution sera
complétée ultérieurement par un document traitant des « approches
documentaires[3] » (analyses et/ou synthèses de documents scientifiques).

Quels sont les contours d'une activité de résolution de problèmes en
physique-chimie ?


2.1 La résolution de problèmes dans les programmes de lycée


Ce type d'activité est décrit dans le préambule du programme de physique-
chimie de terminale S dans les termes suivants :
« En plaçant l'élève en situation de recherche et d'action, cet
enseignement [de spécialité] lui permet de consolider les compétences
associées à une démarche scientifique. L'élève est ainsi amené à développer
trois activités essentielles chez un scientifique :
- la pratique expérimentale ;
- l'analyse et la synthèse de documents scientifiques ;
- la résolution de problèmes scientifiques.
... Lors de la démarche de résolution de problèmes scientifiques, l'élève
analyse le problème posé pour en comprendre le sens, construit des étapes
de résolution et les met en ?uvre. Il porte un regard critique sur le
résultat, notamment par l'évaluation d'un ordre de grandeur ou par des
considérations sur l'homogénéité. Il examine la pertinence des étapes de
résolution qu'il a élaborées et les modifie éventuellement en conséquence.
Il ne s'agit donc pas pour lui de suivre les étapes de résolution qui
seraient imposées par la rédaction d'un exercice, mais d'imaginer lui-même
une ou plusieurs pistes pour répondre à la question scientifique
posée.... ».

On comprend bien qu'il s'agit là d'offrir aux élèves des situations
adaptées aux objectifs visés en matière de maîtrise des compétences et
s'inspirant modestement de l'activité authentique d'un scientifique.

2.2 La résolution de problèmes sous l'éclairage des compétences


D'un point de vue pédagogique, ce type d'activité s'apparente à une tâche
complexe, c'est-à-dire une tâche dont la résolution amène l'élève à
utiliser, en les articulant, des ressources internes (culture, capacités,
connaissances, etc.) et externes (documents, aides méthodologiques,
protocoles, notices, recherches sur Internet, etc. ). Cette tâche complexe
demande à l'élève de mettre en ?uvre un ensemble de capacités et de
compétences variées ciblées par le professeur ; le tableau[4] ci-dessous,
propose une synthèse organisée mais non exhaustive de celles-ci.

|Compétence |Exemples de capacités associées |
|S'approprier le problème. |Faire un schéma modèle. |
| |Identifier les grandeurs physiques |
| |pertinentes, leur attribuer un symbole. |
| |Évaluer quantitativement les grandeurs |
| |physiques inconnues et non précisées. |
| |Relier le problème à une situation modèle |
| |connue. |
| |... |
|Établir une stratégie de |Décomposer le problème en des problèmes plus |
|résolution (analyser). |simples. |
| |Commencer par une version simplifiée. |
| |Expliciter la modélisation choisie |
| |(définition du système, ...). |
| |Déterminer et énoncer les lois physiques qui |
| |seront utilisées. |
| |... |
|Mettre en ?uvre la stratégie |Mener la démarche jusqu'au bout afin de |
|(réaliser). |répondre explicitement à la question posée. |
| |Savoir mener efficacement les calculs |
| |analytiques et la traduction numérique. |
| |Utiliser l'analyse dimensionnelle. |
| |... |

|Avoir un regard critique sur |S'assurer que l'on a répondu à la |
|les résultats obtenus |question posée. |
|(valider). |Vérifier la pertinence du résultat |
| |trouvé, notamment en comparant avec des |
| |estimations ou ordres de grandeurs |
| |connus. |
| |Comparer le résultat obtenu avec le |
| |résultat d'une autre approche (mesure |
|