Correction type concours

J'enseigne en prépa capes, et bien que la formation soit masterisée, l'UE (Unité d'Enseignement, rien à voir avec l'Union Européenne, même si c'est un peu à cause d'elle tout ça...) préparation aux écrits est notée type concours, ce qui est assez différent de la notation que l'on a pu connaître au lycée ou à la fac, si on n'a jamais passé ou préparé de concours. Petite explication :

• À l'école, le but de l'évaluation est de voir si vous avez compris (ok, c'est un peu pompeux, si vous savez recracher ce que l'enseignant attend de vous) le contenu du cours. L'idée est de mettre 20 à celui qui a tout compris, 0 à celui qui n'a rien fichu, la moyenne à celui qui ne connait que les bases nécessaires à la survie dans la matière et qui n'a compris aucun raffinement... Et on module pour explorer théoriquement toutes les notes entre 0 et 20. Mais si tout le monde a compris, (interro de cours par exemple), et bien toutes les notes peuvent être comprises entre 16 et 20!
  (Je reviendrais un jour sur le traumatisme de mon prof de bio qui refusait de mettre 20 sous prétexte que la perfection n'était pas de ce monde... ce qui ne montrait pas une grande compréhension de l'évaluation!)
  
  L'épreuve est donc notée sur 20 points, à vous de les récupérer!
• À l'inverse, dans un concours, le but du jeu est de classer les candidats, et de ne pas avoir d'ex aequos, en tous cas le moins possible. Il faut donc 
• étaler les notes
• Faire en sorte qu'il y ait suffisamment de questions (longueur), et des questions suffisamment difficiles, pour que les meilleurs ne se retrouvent pas désœuvrés en fin d'épreuve et qu'on ne puisse pas les classer
• Il faut qu'il y ait aussi suffisamment de questions faciles pour que l'on puisse classer les moins bons aussi.

Quand je prépare une telle épreuve je cherche donc à combiner plusieurs exos dont un facile et un plus difficile. Je note sur beaucoup beaucoup plus que 20 points. En fait sur une épreuve que je pose, il y a au moins150 points à prendre en tout. Je corrige et note ensuite toutes les copies exo par exo (c'est plus facile d'avoir ainsi la correction en terme de points en tête) en ajoutant les points sans me soucier du total que ça fait, et au fur et à mesure, je vois combien ont les bonnes copies, et les moins bonnes. Ce que je ne pouvais pas vraiment prévoir à l'avance.
Je regarde ensuite la note max obtenue sur chacun des exos, et je décide alors de noter cette exo sur cette note max (dans la dernière épreuve : 67,5 pour l'exo difficile, 33 pour l'exo facile). Je somme ensuite les notes max (ça me fait une note autour de 100) et je somme les points de chaque élève, que je ramène à 20 par un produit en croix
De cette manière, sur les deux dernières épreuves, sans réfléchir davantage j'ai eu :
• Une moyenne autour de 11/20
• Un max entre 18 et 19,5/20
• Un min autour de 5/20

Au final, plus il y a un bon élève dans la classe, plus les notes des moins bons sont basses. Ce qui explique les notes cata que l'on trouve souvent en classe prépa. Plus la classe est homogène, plus les notes sont bonnes, et moins étalées, il faut donc avoir des questions qui trient, ce qui est le cas des épreuves bien faites (questions qualitatives, schémas, questions calculatoires...)

L'oeil en kit-magnétique

Kit œil magnétique

Voilà le magnifique kit pour expliquer l’œil à nos bambins. On voit la cornée à gauche, la place pour mettre une lentille convergente qui va servir de cristallin et au fond la rétine. 

Schéma détaillé de l’œil

On utilise ce kit (qui vaut une centaine d'€ quand même) pour illustrer le fonctionnement de l’œil, et ce matin j'assistais à une présentation de l’œil et de ses défauts par mes élèves, et ... ils n'avaient pas franchement tout compris. C'est une erreur de ma part, ça n'est pas un sujet facile à appréhender, j'aurais du le traiter au préalable en cours, mais je n'ai pas eu le temps ; le cristallin qui change de distance focale leur pose un vrai problème conceptuel, ainsi que le fait qu'il faille changer de distance focale si on veut faire l'image d'un objet à une distance différente, en gardant la distance cristallin-rétine constante. En fait, même avec une lentille et un écran, ça n'est pas facile à comprendre pour eux, alors même évidemment qu'ils maîtrisent tous les relations de Descartes.

Voir un objet à l'infini

Donc avec ce kit on a plusieurs lentilles convergentes. Celle de distance focale intermédiaire représente le cristallin au repos, sa distance focale est égale à la profondeur de l’œil, ce qui veut dire que l'image d'un objet à l'infini se forme à la surface du fond de l’œil, c'est à dire sur la lentille.

On utilise avec ce kit un laser multi-faisceau qui permet de visualiser les rayons provenant de l'infini, c'est à dire d'un objet situé à l'infini sur l'axe optique. Donc avec la lentille du cristallin au repos, on forme une image sur la rétine, située au fond de l’œil.

Ce kit illustre donc très bien l’œil au repos, c'est à dire en train de regarder des objets à l'infini. Jusque là, notre binôme avait tout compris, c'est ensuite que ça se corse. Par contre, pour certains élèves, l'oeil au repos est celui quand on a le regard dans le vague, pas celui quand on regarde le ciel. C'est en effet une notion difficile à sentir, car on ne commande pas consciemment le muscle qui plie le cristallin ; du coup un de mes élèves (et surement d'autres) a confondu cette action avec celle de plisser les yeux. 

Voir un objet à distance finie :

Si on parle de l’œil, on parle nécessairement de Punctum proximum, c'est à dire du point le plus proche de l’œil que l'on peut voir net. Cela signifie accessoirement que l'on ne voit pas net uniquement les objets situés à l'infini. Donc on voit net des objets situés à une distance finie, et pour cela, 2 hypothèses s'offrent à nous (cette nécessité de changer quelque chose ne semble pas totalement naturel chez un certain nombre de mes élèves pour qui le foyer, image ou objet, est un lieu magique) : 

• Ou l'on modifie la taille de l’œil, c'est à dire la distance cristallin-rétine
• Ou l'on modifie la vergence du cristallin (c'est à dire sa distance focale, c'est à dire sa capacité à faire converger les rayons lumineux)

C'est évident si l'on se souvient de la formule de conjugaison pour les lentilles qui relie la distance objet-lentille, lentille-image et la distance focale. Si on change un terme de l'équation, pour garder l'équation vraie, il faut nécessairement changer un autre terme dans l'équation : 

Relation de conjugaison de Descartes
pour les lentilles

Donc si on diminue OA (distance objet-cristallin), alors où il faut diminuer aussi OA', ou il faut diminuer f'. 

Et là, ça ne s'invente pas, c'est la vergence du cristallin qui change, et non la taille de l’œil. En fait l’œil est un organe qui ne grandit quasiment pas entre la naissance et l'âge adulte, enfin de quelques millimètres sur le centimètre qu'il occupe au final.  Et cette modification de la vergence se fait au moyen d'un muscle en forme d'anneau, situé autour du cristallin et qui peut en le comprimant le rendre plus courbé.

Donc pour illustrer ça avec le laser multi-faisceaux, il faut commencer par créer un objet sur l'axe optique avec une lentille convergente, puis mettre une lentille plus convergente que le cristallin de base sur l’œil du tableau, et voir à quelle distance doit être l'objet de l’œil pour qu'il apparaisse net sur la rétine (c'est à dire que les rayons issus du point objet se croisent au niveau de la rétine). 

Évidemment, ça, il faut l'avoir vu au moins une fois, car les élèves eux, spontanément, n'utilisent la laser-box que comme un générateur d'objet à l'infini. Bon, je l'avais montré en cours, mais pas sur l'exemple de l’œil, et surement pas en insistant assez...

Myopie : 

L’œil myope, c'est un œil trop long par rapport à la distance focale de son cristallin. Le cristallin du myope est en fait le même que celui de la personne qui voit bien, seulement son œil a grandi plus qu'il ne le devrait, et il est donc désormais trop long. Je pense donc que c'est une très mauvaise idée que d'illustrer l’œil du myope en prenant le même dessin d’œil et en changeant la distance focale de la lentille qui sert de cristallin. Au contraire, il vaut mieux dessiner un nouvel œil plus long et garder la même lentille. Cet œil fait ainsi, sans accommoder, l'image nette d'un objet situé à une distance finie, appelée Punctum remotum.

L'oeil myope voit net au repos à une distance finie = Punctum Remotum

Si l'oeil myope regarde à l'infini, ce que l'on voit sur la rétine est flou car l'image s'est formée en amont comme on peut le voir sur le dessin ci-dessous : 

Pour corriger la myopie, on met une lentille divergente devant l'oeil. On peut comprendre ça de 2 façons :

1. En se souvenant du théorème des lentilles minces en série : on a alors une lentille convergente moins convergente, c'est à dire de distance focale plus élevée
2. En comprenant que la lentille divergente fait de l'objet à l'infini une image virtuelle à distance finie, inférieure au Punctum Rémotum du myope, que celui ci peut voir en utilisant son cristallin. 

Voilà je pense une meilleure façon de présenter l’œil, et je regrette que Jeulin n'ait pas eu la riche idée d'ajouter le dessin de l’œil myope et de l’œil hypermétrope à son kit...

Quant à moi, je pense prévoir une séance pédagogique type situation-problème sur ce sujet pour l'an prochain. Je ne pensais pas que c'était à ce point révélateur des questions de formation des images en optique...

Lecture : un projet pour enseigner par situations-problèmes

Gérard de Vecchi

Il s'agit d'un petit livre qui est très vite lu sur... les situations problèmes pour les classes du primaires. On y trouve le détail de certaines situations ainsi qu'un certain nombre de réflexions intéressantes quant à la manière de mener une telle séquence de cours.

Lecture : une banque de situations-problèmes

Gérard de Vecchi

Dans les ouvrages recommandés sur les situations problèmes, j'ai choisi de commencer par celui-là dans le but de voir si certaines situations pouvaient s'adapter rapidement à ce que j'enseigne actuellement. Peine perdue, ça ne traite pas du tout d'optique, le cours que je donne actuellement, ni du niveau auquel j'enseigne : post bac, ou a minima lycée. Et oui, ma grande déception tient à ce que la plupart des ouvrages/réflexions de didactique portent sur l'enseignement primaire ou au mieux, sur le collège...

Que trouve-t-on dans ce livre donc? Et bien une liste de situations-problèmes un peu détaillées, qui doivent être parfaites pour un enseignant du primaire. Pour mes élèves, je trouve ça un peu light.

Spoiler:

{ Thèmes abordés en physique :

• Les différents états de la matière
• Voir la vapeur d'eau? 
• Température de la glace?
• Rosée en l'absence de pluie
• Ventilateur qui rafraichit
• Bougie
• Dissolution et diffusion
• dissolution du sel, sursaturation en sel
•  la pluie devrait être salée
• Masse, volume et pesées
• le kilo de plume et le kg de pb
• Flotte, coule
• Bateau en béton peut flotter? 
• Lancer une pierre dans l'eau et faire baisser le niveau du lac? 
• Température, chaleur, énergie
• Isolants chaud et conducteurs froids
• Machine qui marche toute seule (2d principe de la thermo)
• Leviers
• Electricité
• Circuit électrique à un seul fil 
• construire une queue de cochon
• Aire, pression, pesanteur
• Poids de la bouteille vide
• En chaussant des skis on devient plus léger
• feuille de journal qu'on ne peut pas soulever
• Astronomie
• Automne / 2 hivers et 2 étés
• Mesure d'une ombre, mouvement du soleil
•  Photographier le passé
• Chimie

}

Situations problèmes : l'image de Mickey

L'une des premières choses qui m'a parlé quand je me suis intéressée à la didactique, ce sont les conceptions naïves et les situations problèmes. Je vais illustrer sur un exemple que je trouve parlant : l'image de Mickey et la demi-lentille. 

Mickey a été croisé avec un chat...

Voilà la situation : 

Avec une lentille convergente, on fait l'image de mickey sur un écran. Qu'observe-t-on si on cache la moitié gauche de la lentille? 

1. On observe la moitié gauche de Mickey (côté sans la queue)
2. On observe la moitié droite de Mickey (côté avec la queue)
3. On observe le même Mickey qu'avant
4. On n'observe plus de Mickey 

J'ai posé cette question à mes élèves de prépa capes de physique-chimie le jour de leur rentrée, et j'ai eu une réponse plate : 25% de la promo a choisi la réponse 1, 25% la 2, 25% la réponse 3, et évidemment 25% la réponse 4. Si je pose cette question à des étudiants en thèse de physique qui ne font plus d'optique depuis plusieurs années, les réponses sont un poil meilleures.

La bonne réponse est la réponse 3. 

Pour répondre que l'on voit toujours le même Mickey (juste un peu moins lumineux), il faut avoir bien compris plusieurs choses : 

• De tout point de l'objet partent des rayons dans toutes les directions
• Tous les rayons partant du chat-souris sont triés par la lentille pour former l'image sur l'écran, l'image ne se propage pas en bloc (conception des images-écorces de Lucrèce) 
• Donc il reste toujours suffisamment de rayons qui traversent la lentille pour faire l'image du chat-souris sur l'écran. 

C'est à dire qu'il faut que l'enseignement de la physique ait au préalable permis de remettre en cause certaines conceptions de l'apprenant, et pour ça l'enseignement : définition - propriété - théorème - exo d'application ne permet pas toujours d'atteindre le but recherché.  L’ingénierie didactique a donc développé un certain nombre de situations-problèmes permettant de mettre en défaut les conceptions naïves identifiées par la communauté de la didactique chez les apprenants d'une discipline (ici les élèves apprenant la physique) en les confrontant à certaines situations dans lesquelles elles ne sont plus effectives. 

Ce que je présente là me semble un peu en deçà de ce qui est réellement une situation problème dans la littérature didactique, mais pour le moment c'est ce que j'ai compris et que j'utilise.  J'aime bien le côté QCM pour faire sortir les conceptions naïves.

J'ai utilisé quelques autres situations didactiques trouvées dans la littérature (Image sur un écran : que se passe-t-il quand on enlève la lentille? ), et puis j'en ai conçu quelques autres, parfois à mon insu (le rétroprojecteur et les images virtuelles).

Manuscrit déposé... Enfin

Et voilà une bonne chose de faite, ce fichu manuscrit est enfin parti par les voies du net direction les membres de mon jury... Il me reste à en imprimer une version couleur pour chacun, et à croiser les doigts pour qu'ils n'en trouvent pas la lecture trop désagréable...

Et puis il faudra finir le premier article.

Et puis il faudra préparer la soutenance.

Et puis il faudra s'investir un peu dans les articles suivants.

Et puis il faudra soutenir devant un jury d'huiles.

Et puis un jour, un jour ça sera fini!

Avis de soutenance

Extrait du super PhD comics!

Oyez oyez braves gens, je soutiens ma thèse le 12/12/12, un tout petit peu avant la fin du monde à 10h30...

Le titre de ma thèse?

Propriétés dynamiques de la transition de Fréedericksz et vieillissement au point critique

Si ça vous dit, vous pouvez venir, enfin, surtout au pot qui suivra entre midi et 2, c'est ce qui sera le plus intéressant!

C'est quoi le but des TPs?

Goniomètre avec prisme

 Oui, parce que quand j’encadre une séance de TP, je me demande parfois où l’on va, qu’avait dans la tête celui qui a rédigé l’énoncé du TP, quelle est la place de ce TP dans le curriculum de telle ou telle formation… J’ai récemment posé cette question au responsable de l’UE dans laquelle j’interviens, sa réponse fut assez déroutante :

 

Les objectifs visés des TPs : être solide sur les bases via la pratique expérimentale en particulier donc.  Autrement dit, ceux qui sont à l’aise avec le formalisme sont invités à adopter résolument une démarche expérimentale. Inversement, ceux qui ne sont pas à l’aise avec le formalisme, sont invités à comprendre les lois étudiées à partir d’une démarche expérimentale, tant la pratique expérimentale sera essentielle pour la compréhension de leurs futurs élèves !

Si on lit les programmes et la mode actuelle, on doit faire pratiquer la démarche expérimentale aux élèves. Dans les BO, la signification de la démarche expérimentale est claire, dans la réponse ci-dessus, ça me semble être très proche de la simple manipulation. Bref, ça veut dire qu’on doit toujours les faire se comporter en apprenti-chercheurs qui observent des phénomènes, se questionnent, proposent des hypothèses, mettent en œuvre un protocole pour vérifier leurs hypothèses, confrontent les résultats à leurs hypothèses, concluent ou en proposent de nouvelles. Bon, on aura compris, il ne faut surtout pas que l’étudiant ait un énoncé clé en main parce que c’est mal, d’autant plus qu’en général, c’est ce dont ils sont demandeurs, nos étudiants fainéants qui n’ont rien compris alors que nous si.

Donc on fait quoi ? Et bien on propose à nos étudiants un énoncé très succinct, voir complètement vide, avec une liste du matos, une liste de proposition d’expérience et une bibliographie et on se dit : bah voilà, hip hop c’est fait, ils n’auront pas d’autre choix que de pratiquer une démarche expérimentale. Je pense qu’on est là dans un simulacre de situation adidactique (en rapport avec les théories de type constructivistes à la Brousseau dans laquelle l’élève en se confrontant au milieu va développer des connaissances (déjà ça c’est pas gagné), mais en plus va poursuivre une démarche d’investigation).

Et qu’est-ce qu’il se passe en pratique pendant la séance ? Et bien nos étudiants sont bien sages, ils vont chercher la biblio qu’on a donnée, qui est remplie de protocoles ultra détaillés (prendre une résistance de 52 W, brancher en série un condensateur…) sans justification du choix des composants qu’ils vont suivre à la lettre, en cherchant de manière très artificielle à faire un calcul d’erreur à la fin, car on leur a dit que sans ça en physique, point de salut !

Bref, on prépare nos élèves pour le concours du CAPES, dans ce cadre leur apprendre à chercher dans des livres les monstrations qu’ils peuvent faire dans le cadre des montages qu’ils auront à présenter à l’oral peut se justifier. Dans cette optique, ils choisissent quelques manips qu’ils bachotent, et en ça ils préparent l’épreuve de montage du CAPES de physique-chimie.

Mais ce faisant on ne forme pas vraiment nos futurs enseignants. En particulier, prenons l’exemple du TP sur les lentilles et la formation des images. On va leur demander de mesurer des distances focales, des grandissements lors de montage à une ou 2 lentilles. Sur leur compte-rendu, on trouvera la copie du protocole du Duffait, leurs mesures, leurs barres d’erreurs dont ils ne comprennent pas le sens ni la raison d’être. 

Alors on fait quoi ? À court terme en ce qui me concerne, pas grand-chose, car je ne veux pas froisser le reste de l’équipe enseignante. Du coup je vais profiter de cette année pour réfléchir petit à petit à comment concevoir 4 séquences de TP (2 en M1, et 2 en M2) pour amener nos étudiants à préparer le concours du CAPES et à devenir des bons physiciens et des bons enseignants. Je proposerais ça au compte-gouttes au reste de l’équipe et on verra si on peut en tirer quelque chose.

L’exemple de l’ENS Lyon : Tout n’est pas bon à l’ENS, ça c’est le moins qu’on puisse dire. Cependant je dois reconnaître la qualité de la démarche de l’UE de physique expérimentale en L3, que je trouve innovante. Cette UE est découpée en plusieurs cycles :

1. TPs d’introduction : il s’agit de TP à protocoles détaillés dont le but est la découverte et la prise en main du matériel disponible à l’ENS ainsi que la remobilisation des connaissances déjà vu en L1 et L2. 
2.  Mini-projets : il s’agit de TPs portant sur l’étude d’un phénomène physique sur 3 séances de 4h que les étudiants ont vu, ou pas, en cours. L’énoncé est assez succinct, quelques idées de manipulations, cependant en général, il n’est pas évident de trouver un protocole tout fait qui soit réalisable au labo. On demande ensuite aux élèves de présenter leurs résultats comme ils le feraient à l’issue d’un stage. Il faut noter que les enseignants n’attendent absolument pas une réponse type à chacun des TPs, plusieurs mesures sont faisables, ce sont les étudiants qui choisissent, et du moment que c’est bien fait tout est recevable. C’est peut être cette partie-là qui est encore discutable pédagogiquement, car la ligne des énoncés n’est pas très claire et les différents mini-projets sont très inégaux. 
3.  Les projets qui se déroulent sur 6 séances de 4h. Les élèves choisissent eux-mêmes le phénomène qu’ils souhaitent étudier (en général un travail de recherche déjà publié, une article d’AJP…), ils ont à leur disposition tout le matériel disponible en enseignement au département de physique, ils proposent leurs protocoles… L’évaluation se fait avec un rapport écrit et une soutenance orale.

Au master enseignement, il ne s'agit pas de former des chercheurs, cependant je pense qu'il faut repenser toute l'organisation des 4 modules de physique expérimentale. ... Post à venir sur le sujet!