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Enseigner explicitement la mesure et la
modélisation au lycée quelle faisabilité, quels
avantages ?
Qui sommes-nous? Groupe SESAMES (INRP/ ENS /
Lyon2 ) Enseignants collège/lycée et chercheurs
en didactique des sciences Choix théoriques? Se
mettre à la place des élèves Avoir conscience
(et assumer) que les questions du professeur ne
soient pas celles que se poseraient spontanément
les élèves Percevoir larbitraire de la
réponse Prendre en compte les connaissances
préalables et les difficultés classiques des
élèves. Distinguer les connaissances de la
physique et de la chimie des connaissances du
quotidien pour prendre conscience des
"connexions" à construire Enseigner la
physique et la chimie de façon moins déroutante,
en donnant des repères sur leurs objectifs et sur
la façon dont elles fonctionnent.
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• Didier Coince
• Anne-Marie Miguet
• Stéphane Perrey
• Tristan Rondepierre
• Andrée Tiberghien
• Jacques Vince

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monde de la théorie et du modèle
Relations entre concepts
Relations entre concepts et/ou événements/objets
monde des objets et des événements
Relations entre événements et/ou objets
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Enseigner explicitement la mesure et la
modélisation au lycée quelle faisabilité, quels
avantages ?

• But ?
• Montrer lintérêt et faisabilité denseigner la
  mesure, la modélisation, le fonctionnement de la
  physique à des élèves de secondes
• Quel contexte?
• Première partie de physique du programme de
  seconde
• Déroulement
• Quelques mots clés
• Un questionnaire sur la physique pour des profs
  et des élèves
• Déroulement de la partie et exemples dactivités
• Un outil la carte conceptuelle
• Sites
• site académique http//www2.ac-lyon.fr/enseigne/
  physique/phychi2
• site PEGASE http//pegase.inrp.fr

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Quelques mots clés

• Grandeur Unités
• Mesure Physique

Quel sens un élève de 2nde peut-il donner à ces
termes ? Quelle définition en donneriez-vous ?
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Progression

• Chap 1 Qu'est-ce que la physique ?
• Act 1 Questionnaire et discussion sur les
  objectifs et les propriétés de la physique.
• Act 2 Comment la physique fonctionne-t-elle ?
  Un exemple historique (modèle de la gravitation
  de Newton et dEinstein). Modèles
• Act 3 Grandeurs physiques (lien vers
  lactivité)
• Chap 2 Outils de description de l'univers et du
  système solaire
• Act 1 Répartition des planètes dans le système
  solaire.
• Act 2 Un outil pratique pour comparer l'ordre
  de grandeur.
• Act 3 Réalisation d'une maquette du système
  solaire dans le couloir du lycée.
• Act 4 Vitesse de la lumière dans l'univers et
  application à la désignation des distances.
• Activité 5 L'année de lumière une unité de
  distance.
• Chap 3 La mesure
• Act 1 Interprétation de mesures de la masse
  d'une pomme, chiffres significatifs.
• Act 2 Mesurer avec des outils différents.
• Act 3 Une petite histoire du mètre
• Act 4 Utilisation du "modèle de la mesure".
• Chap 4 Lien entre expérience et modèle
• Act 1 Accord entre modèle et mesures (le
  pendule simple).
• Act 2 Deux modèles historiques du système
  Terre-Soleil.
• Act 3 Reconstitution à l'aide d'une maquette de
  la méthode dÉratosthène.

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Chapitre 1 Act 3 Grandeurs physiques

• Pour décrire et interpréter le monde matériel qui
  nous entoure, les physiciens utilisent des
  grandeurs physiques.
• Plus généralement, les sciences utilisent des
  grandeurs. Une grandeur peut souvent être
  mesurée, estimée ou calculée et peut être
  symbolisée par une lettre. Ce sont ces grandeurs
  qui figurent généralement dans les "formules"
  qu'on utilise, en physique ou dans dautres
  disciplines.
• Exemples de grandeurs physiques la longueur, le
  temps, la vitesse, le volume.
• Dans le texte de lactivité 2, souligner en rouge
  les grandeurs physiques, en bleu les unités et
  entourer les valeurs (nombre unité).
• Parmi les termes ou expressions suivants,
  souligner ceux qui vous semblent correspondre à
  une grandeur.
• La couleur, la durée, l'odeur, l'état physique,
  la population dun lycée, le pH, la largeur,
  l'électricité, l'intensité électrique, le son,
  l'intensité sonore, linflation, la capacité de
  stockage d'un disque dur, le débit d'une
  connexion à Internet, l'aire d'une surface.
• 3. Proposer au moins deux exemples de grandeurs
  physiques (ne figurant ni dans la liste
  précédente ni dans les exemples du début) et,
  pour chaque exemple 
• le symbole que vous avez l'habitude d'utiliser
  pour noter cette grandeur (pour la désigner par
  exemple dans des formules) 
• lunité que vous avez lhabitude dutiliser pour
  cette grandeur.

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Chapitre 3 Act 1 Mesure de la masse d'une pomme

• On place une pomme sur un pèse-personne digital.
  Celui-ci affiche la valeur de 0,2 kg.
• On place à présent cette même pomme sur une
  balance de cuisine dont laffichage est en
  gramme. 1. Compléter le schéma en indiquant la
  valeur affichée par cette balance.

2. En réalité la valeur affichée par la balance
est cent quatre vingt six grammes. Cette valeur
est différente de celle que vous avez indiquée en
question 1. Proposer une explication à cette
différence. 3. Les écritures 0,2 et 0,200
sont-elles équivalentes - pour un physicien ?
? oui ? non - pour un mathématicien ? ?
oui ? non - dans la vie de tous les jours ??
oui ? non 4. Le physicien dit que le
pèse-personne donne la masse de la pomme avec 1
chiffre significatif et que la balance de cuisine
indique cette même masse avec 3 chiffres
significatifs. 5. Sur la balance de cuisine, on
place maintenant une autre pomme, un tout petit
peu plus petite que la précédente. La valeur
affichée est 170 g. a. Combien de chiffres
significatifs cette valeur comporte-elle ?
Justifier la réponse. b. Déduire des questions
précédentes à quelle condition le chiffre 0,
présent dans une valeur indiquée par un
physicien, est significatif. c. Quelle valeur
afficherait le pèse-personne pour cette deuxième
pomme ?
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Chapitre 4- Act 2 Deux modèles historiques du
système Terre Soleil

• Activité 2  Deux modèles historiques du système
  Terre Soleil
• Observations 
• Les Égyptiens avaient observé quà midi, une
  fois par an à une date donnée, à Syène (ville
  égyptienne), un bâton planté verticalement ne
  possédait pas d'ombre. Par contre, à Alexandrie,
  ville située plus au Nord, un bâton planté
  verticalement avait bien une ombre.
• Pour interpréter cette observation, on peut
  proposer deux modèles différents reformulés à
  partir de réflexions de savants antiques
• Modèle 1 (inspiré d'Anaxagore, env. -500) 
• La Terre est considérée comme étant plane.
• Le Soleil est un astre quon peut représenter par
  un point.
• Syène est peu étendue et peut être représentée
  par un point S. De même, la ville dAlexandrie
  peut être représentée par un point A. À midi, une
  fois dans l'année, le point S est exactement sous
  le point représentant le Soleil, contrairement au
  point A.
• Modèle 2 (inspiré d'Ératosthène, env. -290) 
• la Terre est considérée comme étant sphérique
• le Soleil est à une très grande distance de la
  Terre, si bien que le faisceau de lumière qui
  parvient sur Terre peut être décrit par un
  faisceau de rayons parallèles 

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• Questions 
• 1. Confrontation entre les observations et les
  modèles proposés
• Les deux schémas précédents sont chacun associés
  à un des deux modèles proposés. Indiquer sous
  chacun à quel modèle il est associé.
• Sachant que chaque schéma représente la situation
  à midi le jour où les observations ci-dessus sont
  réalisées, indiquer sur chaque schéma les
  emplacements des points S et A.
• Pourquoi peut-on dire que les deux segments
  représentant les bâtons sur le schéma de droite
  sont verticaux ?
• Sur chaque schéma, tracer au moins un rayon
  lumineux qui permet d'interpréter le fait que le
  bâton planté à Syène n'a pas d'ombre.
• Sur chaque schéma, pour le bâton planté à
  Alexandrie, tracer le rayon de lumière arrivant
  sur Terre et passant par le sommet du bâton. Sur
  chaque schéma, représenter en couleur "lombre"
  du bâton.
• Le modèle 1 est-il en accord avec lobservation
  faite à Syène ? à Alexandrie ?
• Même question pour le modèle 2.
• Peut-on dire quun de ces deux modèles rend mieux
  compte des observations que lautre ?
• Daprès vos connaissances personnelles, lequel de
  ces deux modèles est aujourdhui accepté par la
  communauté scientifique ?
• Daprès vos connaissances, décrire une
  observation en accord avec le modèle choisi dans
  la question précédente et en désaccord avec
  l'autre modèle.

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Résultats élèves et profs au questionnaire sur la
nature et le fonctionnement de la physique

• Résultats sur 324 élèves (dont 204 élèves de 2nde
  et 69 élèves de collège)
• Comparaison avec les 232 réponses des enseignants

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1. La physique a pour objectif de faire de
nouvelles découvertes sur le monde qui nous
entoure.
Un large consensus
Comme chez les enseignants
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2. La physique a pour objectif de faire de ce
monde un meilleur endroit pour vivre.
Une question qui divise
les enseignants aussi
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3. La physique a pour objectif d'établir la
vérité sur les phénomènes qui nous entourent.
Une idée répandue chez les élèves
Mais aussi chez les enseignants ce qui pose le
problème du statut de la vérité
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4. Faire de la physique consiste à appliquer des
formules mathématiques pour trouver un résultat
Vers une image mathématique de la physique
scolaire
Enseignants un fort décalage !!
16
5.Faire de la physique nécessite d'utiliser des
théories, des modèles, et des lois pour décrire
et interpréter le monde autour de nous
enseignants
17
6. Faire de la physique conduit à mettre au point
et réaliser des expériences qui nécessitent
souvent de faire des mesures.
Une affirmation forte du caractère expérimental
de la physique
revendiquée par les enseignants
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7. La physique est une science qui peut remettre
en cause ses propres théories
Une idée qui reste à construire chez peu d'élèves
seulement
et plus du tout chez les enseignants
19
8. On a besoin de définir la physique pour
l'apprendre et pour en faire.
Encore une question qui divise
Même les enseignants
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Chapitre 4, activité 1utilisation du modèle du
pendule simple
La carte conceptuelle Un outil danalyse des
démarche attenues de lélève

• A l'aide de ce modèle, prévoir la valeur de la
  période d'un pendule pour lequel la longueur du
  pendule est égale à 2,00 m.
• Quelles sont toutes les opérations mentales que
  doit mener un élève pour répondre à la question ?
  

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La carte conceptuelle Un outil danalyse des
démarche attenues de lélève
Répondre à la question précédente demande
deffectuer le parcourt suivant
Valeur
Choix d'unités
Grandeurs physiques
Relation algébrique
calcul
CS
Cette chaine amorce une carte plus complète
constituée de trois grands pôles, compléter cette
carte
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Expérience de labosituation matérielle
Mesure(s)(résultat de l'action de mesurer)
Énoncés en français
Ordre de grandeur
Représentationgraphique
Représentationschématiquemaquette
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(No Transcript)
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Rédaction de compétences

• relatives aux propriétés des modèles
• relatives à l'utilisation de modèles
• sur la mesure
• sur l'usage du vocabulaire

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Quelques questionsauxquelles nous avons envie de
répondre OUI

• Les élèves sont-ils prêts en terme de
  connaissances et de vocabulaire ?
• Les élèves sont-ils intéressés ?
• Un tel contenu d'enseignement peut-il être perçu
  comme légitime par les enseignants ?

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Quelques questions plus ouvertes

• Que retire-t-on de cette séquence quant à
  l'épistémologie de la discipline enseignée à
  l'école et aux opérations conceptuelles souvent
  demandées aux élèves (carte conceptuelle) ?
• En quoi cette analyse peut-elle être utile à
  l'enseignant
• lors de la préparation des séances ?
• pour diagnostiquer des difficultés d'élèves ?

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Carte conceptuelle
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Compétences visées à moyen terme au sujet de la
modélisation

• En physique et en chimie, pour décrire, expliquer
  et prévoir des événements, on utilise des modèles
  quon doit mettre en relation avec les objets et
  les événements du monde matériel.
• Un modèle est un ensemble de connaissances,
  abstraites, qui utilise des concepts et souvent
  des relations mathématiques. Il est issu, en
  fonction de la situation à étudier, dune ou
  plusieurs théories plus générales. Dans sa mise
  en œuvre, il est développé aussi à partir de la
  situation étudiée (un modèle a deux facettes
  une abstraite et une concrète)
• Un modèle a un champ de validité qui englobe
  toute les situations et tous les problèmes
  que le modèle peut traiter. Hors de ce champ de
  validité, on doit avoir recours à un modèle plus
  général ou à un modèle différent.
• Les modèles actuels ont été construits
  progressivement par les physiciens au cours de
  lhistoire et un modèle est donc quelque chose
  d'évolutif (qui saffine ou est abandonné) au fur
  et à mesure de lavancée de la science.
• Un modèle est considéré comme valide tant quil
  nest pas mis en défaut par des observations ou
  mesures.
• Deux modèles différents peuvent être utilisés
  pour une même situation mais selon la question
  qu'on se pose, un modèle peut être plus adapté
  quun autre pour répondre.

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• FIN