La quadrature du cercle

La quadrature du cercle

12h10, fin du cours dans 5', sortez une feuille et notez ce que vous avez pensé du cours, ce que vous garderiez si vous deviez faire le cours à ma place l'an prochain, ce que vous enlevez, ce que vous rajoutez. Et puis dites moi ce qui vous a paru le plus compliqué, ce pour quoi le cours vous a aidé... 

Depuis que j'enseigne je me suis promise de me livrer à cet exercice, mais le temps tout ça, c'est la première fois que je le cale vraiment. Je me doutais que je n'allais pas avoir un "madame votre cours c'est le mieux de la Terre" de la part de tous les étudiants de la promo, mais quand même, il faut être assez sur de soi pour se prêter à ce petit exercice.

Si je continue à être convaincue de ce que je fais, que je suis payée pour les aider à comprendre la physique et pas juste pour leur filer des annales dont le corrigé est déjà en ligne, il semble vraiment évident qu'il faut que je travaille plus sur la façon d'aborder les choses pour que les étudiants soient convaincus eux aussi. Et puis il faut aussi que je m'adapte davantage à eux. Les trois quarts ne travaillent pas ou prou chez eux, étonnant quand on sait qu'ils préparent le concours qui leur donnera un poste pour les 42 prochaines années de leur vie, mais c'est un fait. Bref, je pense que l'an prochain, il faudra que je prenne 1h en début d'année pour construire avec eux la manière dont se déroulera le cours.

Quelques miscellanées à l'oral :

• "Madame, on se rend bien compte que vous essayez de faire un cours avec une pédagogie innovante, mais nous on est en fin d'études, on a eu que des cours classiques, et on a du mal à pas avoir l'impression qu'on perd notre temps quand on en fait moins"
  (ben oui, quand on gratte au tableau toute l'heure, ils ont l'impression d'en avoir eu pour leur argent...) 
• "Ben là j'ai eu l'impression de comprendre la physique, c'est la première fois dans mon cursus, mais je suis pas sure que ça soit ça dont j'ai besoin pour réussir le concours"
  (malheureusement, c'est pas faux...) 

Quelques miscellanées à l'écrit : 

• "Je pense que le cours est très bien sauf pour préparer un concours"
• "je préfère les corrections des exos au tableau par le prof"
• "Là je suis incapable de faire quoi que ce soit (sauf de comprendre la physique ce qui est déjà pas mal!)"
• Ce que vous avez apprécié : "les conversations pour être sur que l'on comprenne"
• "Moins attendre avant de donner la réponse (efficacité/rentabilité)"
• "Même si certaines notions me sont plus familières, je ne me sens pas plus à l'aise devant un sujet"

Quand je parcoure les feuilles que j'ai récupérées je note en vrac : 

• que les petits cartons sont plébiscités, même si certains étudiants trouvent que ça mange un peu trop de temps
•  Que beaucoup sont perdus de ne pas avoir fait de cours en grand un petit a (I.1.a )
• D'aucun proposent d'avoir un cours à travailler à la maison avant de venir en cours (ça je suis vraiment pour, il faut que je m'organise mieux pour pouvoir le proposer pour l'année prochaine)
• Beaucoup demandent plus de d'exercices. Je leur ai proposé beaucoup d'extraits d'annales (je n'en avais pas donné assez l'an passé, mais du coup, bim bam boum, cette année c'est l'inverse!)
• Manque de fiches ou de récapitulatifs
• En chimie, ils ne font que des annales, pas de cours du tout. 

Bref, c'est bien que les étudiants aient plein d'enseignants différents, parce que plaire à tout le monde, c'est la quadrature du cercle! Et puis on a ses convictions en tant qu'enseignant, qui sont parfois différentes des attentes au jour le jour des étudiants....

Enseigner les constantes

La vitesse de la lumière dans le vide est une constante

La fréquence d'une onde est constante lors du passage d'un milieu à un autre

La vitesse du son dans l'air est une constante

Quand le prof écrit ça, il a plein de contre exemples en tête, que la vitesse de la lumière ne dépend pas du référentiel, de l'heure de la journée, de la longueur d'onde etc sauf si on est dans un milieu autre que le vide. Mais constant ça va plus vite. 

 Pas pour un étudiant qui n'a aucune idée de ce qui ne devrait pas influencer la grandeur dont on parle. Donc enseigner que quelque chose est constant, c'est citer toutes les choses qui pourraient faire que ça bouge, mais qui finalement n'influencent pas... !

évident quand c'est écrit non? 

Les petits papiers

(photo trouvée sur le site ouset france)

Depuis le visionnage il y a 2 ans d'une conférence d'Eric Mazur, je voulais tester sa méthode d'enseignement  (peer instruction) centrée sur l'apprentissage entre pairs, c'est à dire, entre étudiants. 

Après un cours classique, ou un cours distribué sur poly, ou... arrive la phase la plus importante du travail cognitif, la compréhension du cours. Pour ça, EM propose de projeter une question à choix multiples sur écran. 

Ensuite :

1. Les étudiants réfléchissent seuls au résultat de la réponse
2. Quand ils sont prêts, ils lèvent le carton de la couleur correspondant à la bonne réponse
3. Ils disposent ensuite d'un temps où ils peuvent discuter entre eux pour se convaincre
4. On re vote, 
5. L'enseignant donne la bonne réponse et la justifie

L'objectif de chaque étape est le suivant : 

1. Comme tous les étudiants doivent montrer leur cartons, ils sont obligés de réfléchir à la réponse, de s'engager un peu
2. Comme 20 ou 30 cartons sont levés à la fois, c'est plus facile pour eux de s'exprimer
3. C'est entre eux qu'ils oseront le plus discuter et qu'ils seront le plus à même de comprendre la question posée
4. Cette étape permet à l'enseignant de voir si les étudiants ont réussi à se convaincre entre eux, si non, c'est que la question était trop compliquée à ce stade
5. La phase d'institutionnalisation permet à chacun de noter le bon raisonnement, de poser les dernières questions 

J'ai déjà pas mal pratiqué les QCMs en classe entière, mais ce matin, c'était la première fois que j'utilisais mes petits cartons, et ... ça a fait un carton! 

Le côté ludique leur a plu, on a vraiment pu impliquer tout le monde dans la réflexion, bref, c'était super je referai. Niveau respect de la consigne, je ne suis pas assez stricte et donc c'est assez bruyant. J'essaierai de demander réellement le silence, puis qu'ils lèvent les cartons en une fois...

Différents types de concepts

Le cheval, un concept catégoriel

Dans le livre de Rieiner sur la pédagogie[1], il y avait tout un chapitre consacré à l'apprentissage de concepts. Prenons l'exemple du concept cheval : pour enseigner ce concept l'auteur propose deux méthodes : 

• Méthode inductive : présenter un ensemble de représentants de chevaux, comme par exemple sur la carte postale ci-dessus, puis un ensemble de contre-exemples, et en déduire la définition du cheval
• Méthode déductive : donner la définition d'un cheval (mammifère herbivore à un seul doigts par membre avec des sabots, etc... ) puis présenter des exemples et des contre-exemples
• Dans les deux cas on demande ensuite à l'élève de s'entraîner à reconnaître ce qui est cheval et ce qui ne l'est pas. 

Dans l'enseignement classique, c'est très souvent le cas, car dès que l'on enseigne le sens d'un mot, on enseigne en fait un concept (adjectif, triangle, métaphore, ...). 

À la lecture d'un article du BUP (Bulletin de l'Union des Physiciens) [2], je prends conscience que cette méthodologie ne couvre qu'un type de concept : les concepts catégoriels. L'autre classe de concepts, les concepts formels, ne peuvent être introduits par une procédure de désignation. Quelques exemples en physique : 

• L'énergie
• La quantité de mouvement
• Une force
• L'accélération
• Le champ électrique
• ... 

 La construction de ce type de concept se fait au travers de ses propriétés. Dans le cas de la quantité de mouvement, le point important est qu'elle est conservée lors d'un choc par exemple.

Je ne suis pas convaincue de la stratégie choisie dans l'article pour cet enseignement, un autre exemple est réalisé par A. Tiberghien et son équipe dans l'enseignement du concept énergie au collège qui est très intéressant.

[1] Préparer un cours, tome 2, A. Rieunier
[2] Enseignement et apprentissage d'un concept par les élèves : la quantité de mouvement en classe de seconde. G. Lemeignan et al, BUP n°716, p1013-1030 (1989)

Loupé...

Construire 2 heures de cours, se dire qu'il ne faut pas perdre de temps car on n'a que 10h pour faire ce qu'on faisait en 20 l'an passé alors que les étudiants n'ont pas progressé magiquement pendant l'été. On cible les objectifs de la séance, et on choisit l'activité la plus à même de les aider à construire les connaissances visées. 

Exit le cours magistral où ils copient en mode photocopieuse. 

J'ai le choix entre le cours dialogué (ce que j'avais fait l'an passé - mais j'ai peur que ça ne les force pas assez à réfléchir sur des concepts qui je le sais leur sont difficiles), et une activité plus adidactique sur le mode du TD. Ils sont en M1, ils sont sensé tous déjà avoir eu un cours d'électrostatique en L1.

J'ai choisi de construire un TD dont chaque question fait naître un des résultat qui me parait important pour mon objectif à plus long terme : comprendre l'induction électromagnétique. Je pensais que le TD était suffisamment guidé pour qu'ils piochent dans leurs connaissances, ce fut un échec. Leurs connaissances étaient quasiment nulles, se résumaient à quelques équations qui n'avaient pas de sens pour eux, et qui n'étaient donc absolument pas opératoires. 

J'ai donc improvisé un cours-TD, mais je n'avais pas de plan en tête, et du coup le départ fut laborieux et un peu brouillon (exemples pas forcément les plus simples, analogies un peu en vrac)...
Bref, loupé, à côté! 

Il aurait fallu que je leur demande d'amener leur cours de L1 ou un livre ou un cours pris sur internet, et de compléter le TD avec ces documents. Là ils auraient pu profiter en plein du TD. J'ai pêché sur l'évaluation de leur niveau (les pré-requis), et je n'avais pas prévu de remédiation. 

Je leur ai expliqué mes choix pédagogiques, je leur ai dit que j'avais visé à côté, et qu'on essaierait de faire mieux la semaine prochaine... C'est l'essentiel hein?

Vulgarisation : faire de la science ou voir de la science?

Expérience d'électrostatique au palais de la découverte

Aujourd'hui je découvre une autre thématique du master que je suis : relation sciences et société. 

Le cours de cette après-midi porte sur l'histoire de la vulgarisation. Une réflexion un peu hérissante sur l'articulation entre le chercheur et le profane. 

• À l'ordre zéro, niveau cabinet de curiosités, on propose au profane de s'émerveiller devant la science, comme il le ferait devant un match de foot.
• À l'ordre un, niveau science et vie junior, on propose au profane de comprendre des faits scientifiques, comme l'analyse du match après le match sur canal +.
• À l'ordre 2, niveau science populaire, on propose au profane de faire de la science, comme il jouerait au foot en club, le soir, après le travail. 

Je ne porterai pas de jugement sur les différentes mise en œuvre de la vulgarisation, d'autant qu'il insiste sur la visée politique de cet exercice, mais je trouve la réflexion particulièrement intéressante.

Mesure et incertitude au lycée

Dans les nouveaux programmes de physique-chimie de lycée, on demande que les futurs bacheliers aient des connaissances minimales sur la théorie probabiliste de la mesure. Il faut par exemple qu'ils sachent construire une incertitude composée à partir de l'estimation de différentes incertitudes, en appliquant une formule qu'ils n'ont pas à connaître. Dans le programme on ne trouve pas réellement de réflexion épistémologique sur la nature de la mesure, hormis une petite discussion sur l'inexistence de la valeur vraie en physique.

Ces connaissances arrivent dans les programmes à la suite d'une réflexion internationale sur l'estimation des incertitudes sur la mesure menée depuis les années 1970 et qui a conclu sur un ensemble de recommandations internationales qui ont été traduites en français en 1995 (GUM). L'idée est de modéliser la mesure dans un cadre probabiliste et donc d'abandonner les idées stériles de valeur vraie et d'erreur de mesure pour centrer la discussion sur l'incertitude de mesure et l'interprétation du résultat d'une mesure.

Dans les documents d'accompagnement du programme téléchargeable sur eduscol, la réflexion épistémologique n'est pas plus poussée, par contre les développements mathématiques sont très proches de ceux du GUM, et en particulier la propagation des incertitudes utilise la différenciation partielle et non la différenciation logarithmique. 

Dans les livres de terminales S, tout au moins le Nathan, ce sujet est très mal traité, en insistant en particulier sur la définition de concepts qui n'existent pas comme valeur vraie, l'erreur. Outre le fait qu'introduire ces notions ne soit pas  nécessaire, il est contre productif en entretenant les misconceptions des élèves (et de certains enseignants) sur la mesure comme l'ont montré par exemple les chercheurs de l'équipe de Buffler, Allie et Luben, ainsi que la réflexion de J. Treinier dans l'article de BUP du vol 105 (janvier 2011).

De plus, la formule proposée pour évaluer la propagation des incertitudes est "fausse", ou tout au moins pas en accord avec le cadre théorique proposé. Bref, on est encore loin d'un enseignement moderne didactique et pédagogique de la mesure!

Moyenne et vitesse d'apprentissage

Toujours dans le livre de Alain Rieunier, je trouve levé un paradoxe qui doit être banal pour les connaisseurs de la sphère pédago-didactique mais qui a levé une question que je ne m'étais jamais posée. 

On sait que les élèves mettent des temps différents pour réaliser un apprentissage, savoir faire une addition par exemple. Mettons que cet apprentissage débute en début d'école primaire et qu'il soit évalué à Noël, au CP. Un certain nombre d'enfants sauront effectivement faire une addition à Noël et auront une bonne note. Pour d'autre, il sera trop tôt, et ils obtiendront une note moyenne, voir une mauvaise note. Par contre à la fin de l'année, ils sauront peut être faire une addition aussi bien que ceux qui ont eu une bonne note à Noël, mais leur moyenne tiendra compte du fait qu'à Noël ils ne savaient pas. 

La moyenne ne reflète donc pas les connaissances d'un élève, mais sa capacité à apprendre vite. Est ce l'objectif affichée de cette note?

Evaluer l'intelligence ou la compréhension du cours?

En ce moment je lis en diagonale un ouvrage emprunté à la BUFM de Alain Rieunier et un paragraphe a attiré mon attention. Il s'agit d'une petite remarque sur l'évaluation : 

Évaluer les élèves en posant une question que l'on n'a pas traitée en cours mais qu'un élève "raisonnablement intelligent" (sic) peut résoudre, en lui donnant en plus 4 ou voir même 8 points sur 20 comme c'est souvent le cas, revient à faire de la fonction enseignante une fonction de sélection (sur l'intelligence) et non de facilitation des apprentissages. 

On peut tout à fait poser ce genre de questions lors d'évaluation formative (ne conduisant pas à une note dans la moyenne), mais lors d'une évaluation sommative, c'est à dire donnant une note, c'est éthiquement nettement plus discutable!

On teste mon TP

Déroulement d'un tir

Depuis l'an passé, je prépare un TP sur la mesure dans le cadre de mon mémoire en didactique. Bon, aujourd'hui, c'était le grand jour de pré-test,  et évidemment j'étais à la bourre, grave. En sautant la case repas, ça passait tout juste, mais évidemment, mes cobayes têtes en l'air étaient en retard, quand les autres étaient au taquet... 

Or donc, j'avais deux binômes : 

• Un de "naïfs" avec une étudiante en M1 et une autre en L3
• Un de moins "naïfs" avec un chercheur et une doctorante

Et un TP non directif, ouhlàlà, c'est trop dur d'enseigner sans parler! Heureusement que A était là pour me surveiller car j'ai du mal à ne pas rajouter d'informations pour les laisser réellement travailler en autonomie. C'était aussi difficile pour eux d'ailleurs. 

Le TP était organisé sous la forme d'un jeu : ça ça a bien marché, ils étaient ultra-motivés, ils se sont amusé, bref, côté dévolution, je me mets 10/10!

Les étudiants ont passé pas mal de temps à appréhender la manip au départ, et donc je pense que je gagnerai du temps à expliquer l'objectif du jeu en faisant la démonstration d'un lancer devant eux (réglage de la longueur du fil, nœuds, etc. ).

Par contre, dans les objectifs du TP, je voulais que mes étudiants modélisent le système étudié, et ça clairement, ça ne fait pas partie de leurs habitudes en TP. En discutant avec eux à la fin, ils m'ont expliqué que pour eux, dans un TP en temps limité, on manipule mais on ne pose pas d'équations, donc ils n'ont pas osé poser des équations. Clairement, je me suis retrouvée face à un problème de contrat didactique, et dans la discussion qui a suivie, on a décidé d'appeler cette séance un "TD expérimental", et de rajouter un schéma de la manip qui oriente la modélisation. 

Mon système est très amusant, car un fil est coupé par un cutter, et ça je sais que ça joue dans la motivation, ça change des systèmes classiques que l'on voit en TP. Par contre ça a l'inconvénient majeur qu'un binôme ne peut pas faire beaucoup de statistiques et du coup L. me proposait le TP équivalent avec la gouttière en lieu et place du pendule. Mais du coup la dispersion des résultats serait beaucoup moins importante, et à court terme je n'ai pas le temps de changer d'ici mardi prochain où je teste la séquence sur une classe entière. Je me dis que je peux contourner cette difficulté en indiquant que cette manche est le préalable à un contest entre les deux demi-classes qui aura lieu la semaine suivante en classe entière, et que donc, il faut qu'ils notent soigneusement chacun les résultats de chacun des tirs pour pouvoir ensuite travailler sur une stat raisonnable. 

Je leur avais laissé une grille pour qu'ils notent le résultat de chaque lancé, mais je n'avais pas mis d'indication sur les colonnes. Je pense que je pourrais rajouter les paramètres pertinents, ils perdraient surement moins de temps au départ, et pourraient peut être passer plus de temps sur ce qui m'intéresse. 

Enfin, je n'ai quasiment aucune trace écrite par les étudiants. A. avait raison, si on ne les force pas, ils n'écrivent rien. Du coup, pour remédier à ce point ainsi qu'aux non tentatives de modélisation, je pense proposer un temps où ils n'ont pas le droit de manipuler et où ils doivent communiquer par écrit une stratégie pour gagner. 

En tous cas c'était super intéressant, les étudiants étaient content de participer à ce test, ils ont trouvé ça beaucoup plus sympa que les TPs habituels, alors c'est déjà encourageant!

10 m under

Il est huit heure moins dix. Dans 5 minutes les premiers étudiants vont arriver ; moi, je suis là depuis sept heure et demi. J'ai eu le temps d'ouvrir ma salle, d'échanger quelques mots avec la personne qui fait le ménage puis avec la technicienne du labo, d'allumer le vidéoprojecteur, de réparer les pin du câble pour le relier au PC avec une fourchette faute d'outils adéquats, ouf ça marche. Je suis passée en salle des formateurs récupérer mes énoncés de TD à la repro, j'ai fait des jolis tas sur la première table de la classe. J'ai passé plus de dix heures à préparer ces deux heures de cours, j'ai veillé tard mercredi soir sur un fichu calcul où je multipliais les erreurs de calcul, j'ai fait les schémas, tapé les énoncés, écrit les corrections, détaillé les objectifs de la séance et les choses que je devais ajouter lorsque je passerai dans les rangs... 

Maintenant il est huit heure moins cinq, les étudiants arrivent, j'ai hâte que le cours commence, mais en même temps je savoure ce laps de temps. La satisfaction du travail bien fait et bien prêt, l'envie de voir leur réaction sur les exos choisis, d'entendre leurs questions, celle à laquelle je n'aurais pas pensé. Je crois que c'est un peu comme pour un acteur de théâtre, les quelques minutes avant que la pièce ne commence, il n'y a pas de trac, juste un peu d'excitation. 

Il est huit heure, j'ai répété dix fois de venir prendre les énoncés sur la table devant, la prochaine fois je les mettrai au fond de la salle, le cours commence, je suis heureuse, j'ai vraiment un chouette métier que j'aime!

Les référentiels galiléens

Je n'aimais pas la mécanique du point, et encore moins la mécanique du solide car j'ai eu souvent l'impression d'y faire plus de maths que de physique, et de devoir mesurer des trucs évidents quand par hasard il y avait un TP (vérifier la première loi de Newton sur la table à coussin d'air etc). 

Cette année en didactique, je vois énormément de travaux portant sur la didactique de la mécanique, pire, l'expérience sur laquelle porte mon mémoire appartient à la mécanique, et ma foi, ça devient petit à petit intéressant... 

En ce moment je lis le livre d'Einstein : l'histoire des idées, le chapitre sur les champs où il reparle de mécanique en introduisant les référentiels galiléens. Bah oui, parce qu'en fait, jusqu'à cette partie là de l'histoire, il n'en parle pas. Il fait de la mécanique sans préciser : on considère que la Terre est un référentiel galiléen. Sacrilège, mais il n'a pas le droit!!! Tous les cours de mécanique depuis la première commencent par cette précision, même si on ne voit pas à quoi ça sert, on sait que le principe d'inertie n'est valable que dans un tel référentiel, et on sait qu'en général la Terre, c'est bon. 

En fait, je trouve ça très intéressant. Le physicien sait que dans l'énoncé moderne du principe d'inertie, il faut préciser le référentiel, mais l'élève de lycée n'a pas besoin de cette précision pour le moment. Il peut apprendre qu'un objet soumis à des forces qui se compensent ne change pas sa vitesse. C'est à dire qu'un livre sur une table soumis à son poids et à la réaction de la table ne bouge pas, et que si il n'y avait pas de frottement, que je coupais le moteur de ma voiture, je roulerai indéfiniment à la même vitesse sur une route horizontale. 

Mais le physicien n'aime pas qu'on enseigne des trucs qui ne sont pas toujours vrai, ben oui, dans le train qui tourne, ma valise, elle tombe! Que dire? Que faire?

Un choix pédagogique pourrait être  : 

1. D'énoncer le principe d'inertie sans parler de référentiel galiléen, ni de changement de référentiel, ni même de référentiel.Les élèves disposeront alors d'un certains temps pour appréhender le principe en le mettant en œuvre dans un certain nombre de situations.
2. Dans un deuxième temps on pourrait aborder le mouvement de translation (le contrôleur de train sur le quai et celui dans le train), et donc introduire la nécessité d'un système de coordonnées et d'un référentiel. On traitera alors les problèmes des changements de référentiel en ne prenant qu'une classe de référentiel en translation uniforme les uns par rapport aux autres.
3. Et puis enfin,  en prenant l'exemple du train qui tourne et qui fait tomber la valise, on montrera que tous les référentiels ne sont pas équivalents et on définira les référentiels galiléens.

Un exemple de transposition didactique : l'énergie au collège

Sources d'énergie

Cette réflexion vient directement de ma dernière lecture pour le master de didactique : Les Connaissances Naïves. Cet exemple est traité dans le chapitre sur les connaissances naïves en physique, mais ce qui me plait le plus est l'éclairage sur la transposition didactique qui pour la première fois pour moi est devenu très éclairant. 

L'énergie en physique est un concept très abstrait et mathématique : il s'agit d'un nombre qui se conserve. Prenons par exemple les réflexions de Feynman, grand physicien, prix Nobel de physique, à ce sujet : 

"De toutes les lois de conservation, celle qui traite de l'énergie est la plus difficile, la plus abstraite et cependant la plus utile, elle est plus difficile à comprendre que celles que je viens de décrire ; en effet, pour la charge [électrique] et ces autres lois de conservation, le mécanisme est clair, c'est plus ou moins la conservation de certains objets [...]. La conservation de l'énergie est un peu plus difficile, car, cette fois, nous avons un nombre qui ne varie pas avec le temps, mais ce nombre ne représente aucun objet en particulier"

C'est donc un concept très compliqué à introduire pour le physicien sans rentrer directement dans un formalisme mathématique plus que pénible pour des collégiens. Donc ça n'était enseigné qu'à partir du lycée.
Oui mais, le savoir à enseigner dans la classe n'est pas le seul produit des scientifiques, il est aussi influencé par la noosphère, c'est à dire les politiques, la société étouça. Et aujourd'hui, pas un JT sans que l'on ne parle d'énergie renouvelable, d'énergie fossile... Il faut donc introduire la notion d'énergie dès le collège.

Une transposition didactique intéressante consiste, en se basant sur les connaissances initiales des élèves, à introduire le concept d'énergie en se basant sur certaines propriétés de l'énergie, sans chercher à la définir per se. On introduit alors un modèle qui n'est pas le modèle en vigueur dans le monde de la recherche scientifique, mais qui permet d'introduire la notion en étant compatible avec ce qui sera introduit plus tard dans l'enseignement.

  Je trouve ce travail très intéressant, ça ouvre pas mal de perspectives quant à l'enseignement de certains domaines de la physique réservés au post bac qui ont atterrit en term S, ou dans un tout autre domaine, aux connaissances scientifiques de l'éthologie qui doivent désormais être enseignées au plus grand nombre dans le cadre des nouveaux galops.

Références :
Les connaissances naïves, J. Lautrey, S. Rémi-Giraud, E. Sander, A. Tiberghien,
Solomon (1985), Teaching the conservation of energy, Physics education, 20 (2), 165-170

Oraux du capes

La semaine dernière je suis allée assister à une matinée des oraux du CAPES de physique-chimie. Il faut se renseigner avant sur l'heure à laquelle passe la première fournée de candidat, sinon on poireaute ou on loupe le départ...! 

Tout d'abord le montage de physique. J'ai choisi une salle d'optique géométrique, vu que ça fait partie de ce que j'ai enseigné, je voulais voir quel était le niveau attendu. Le jury était cordial avec le candidat, les questions posées étaient bien pensées, et le niveau, ben, au niveau du candidat, qui comme souvent s'attendait à ce qu'on le cuisine sur de l'optique ondulatoire alors qu'il n'avait pas compris l'optique géométrique... En particulier, il faut comprendre à quoi servent chacun des éléments du montage d'optique, et ne pas oublier la fente dans un montage de spectroscopie.
Je ne comprends toujours pas pourquoi les candidats font des appels du pieds à des questions auxquelles ils ne savent pas répondre, ce que l'on voit d'ailleurs dès leur appel du pied! Mais j'ai bien aimé le fait d'allumer une petite lampe de paillasse quand il éteignait la lumière générale.

Ensuite l'EOD. Le candidat a tiré un sujet sur l'acoustique adaptative. Il s'agissait d'un sujet d'examen que le candidat devait corriger et commenter (grosso merdo). Prestation basique, les questions du jury encore une fois très pertinentes et intéressantes. Puis la compétence agir en fonctionnaire patati patata, là, prestation carrément mauvaise, et encore questions intéressantes du jury. L'an prochain, c'est promis, j'y vais plusieurs jours! 

En conclusion, je n'ai vu que 2 candidats, donc ça n'est pas représentatif. Ils ont tout 2 essayé de recaser leurs expériences perso d'enseignement dans la discussion (manip que j'ai présentée en 2de, quand j'ai enseigné en ZEP... ) Je n'ai aucune idée de comment s'est perçu, mais moi, je n'ai pas aimé du tout. La gestion du tableau lors du montage m'a particulièrement étonnée : aucun schéma des manips, pas de tableau de valeurs, juste le plan et quelques graffitis en cours d'explication... 

Les conseils que je donnerai l'an prochain :

• Toute manip' a son schéma au tableau avec la valeur des composants, focale des lentilles ... 
• Aucun appel du pied sur une notion non maitrisée
• On n'aborde que ce que l'on maîtrise, quitte à faire une leçon pauvre. 
• Tout doit être prêt 20' avant la fin, car là il faut: 
• Préparer l'intro et la conclusion
• Vérifier les chiffres significatifs
• Vérifier que les manips sont prêtes à fonctionner. 
• En optique, on allume une petite lampe de paillasse quand on éteint la salle. 

La cuve à ondes : misconceptions

Dispositif de type cuve à ondes

La cuve à ondes est un dispositif très utilisé au lycée pour "mettre en évidence" le phénomène ondulatoire, la notion de longueur d'onde, de période, de diffraction. Il s'agit de rendre visible l'invisible pour qu'il soit compris. 

Mais ce dispositif est plus complexe qu'il n'y parait, et si il aide surement à construire le concept d'onde, son fonctionnement donne lieu à d'étranges explications, même venant de bons étudiants de master enseignement. 

Il s'agit de visualiser les ondes à la surface de l'eau, ce sont les mêmes ondes que celles qui sont produites lorsque l'on jette un caillou dans l'eau. La mise en équation de ces ondes fait partie d'un cours avancé d'hydrodynamique, et seule la relation de dispersion est parfois donnée aux étudiants. On remplit donc une cuve en plastique transparent avec quelques millimètres d'eau, on éclaire avec une lampe stroboscopique, et sous la cuve on place un miroir qui renvoie les rayons lumineux sur une plaque translucide sur laquelle on observe des motifs (anneaux concentriques sur l'image en tête d'article). 

Il s'agit alors d'expliquer l'origine de ces motifs. Les étudiants proposent en général une explication fondée sur l'absorption de la lumière par la matière : plus la lumière traverse une grande épaisseur d'eau, plus elle est absorbée. Ce type de raisonnement amène à prédire des franges sombres sous les bosses et des franges claires sous les creux comme on peut le voir sur le schéma ci-dessous où la lumière vient du dessus de l'eau : 

Cette explication se base sur 2 prémisses :

1. La surface de l'eau est déformée en une sorte de sinusoïde
2. La lumière est absorbée par l'eau

Ces 2 points sont vrais, mais le deuxième point ne permet pas en réalité d'expliquer le phénomène observé. En effet, la déformation de la surface est au mieux de quelques millimètres d'eau, si l'explication proposée était la bonne, alors il suffirait, en l'absence d'onde de surface, de rajouter encore quelques millimètres d'eau pour voir une extinction de la lumière transmise. Ce qui n'est pas le cas!

La bonne explication fait intervenir la courbure de l'interface air-eau qui donne lieu à un effet lentille. Les maxima de lumière sont donc en réalité sous les bosses! Il s'agit d'une technique de visualisation souvent utilisée dans les fluides sous le nom d'ombroscopie (shadowgraphie en anglais).

Désormais je présenterai la cuve à onde comme application des calculs d'optique géométrique sur les lentilles, voir même comme expérience d'introduction, puisqu'elle est finalement assez contre-intuitive pour les étudiants.

Grains de batisseurs

La semaine dernière nous avons eu un séminaire présentation de l'équipe d'amaco, qui cherche le lien entre étudiants, chercheurs en sciences de la matière et professionnels du bâtiments. 

Dans le cadre d'une exposition au palais de la découverte, ils ont réalisé un très beau livre ainsi qu'un certain nombre de jolies vidéos contre intuitives de physique que vous pouvez retrouver à cette adresse : 

http://www.youtube.com/user/GrainsDeBatisseurs/videos

Bachelard : la formation de l'esprit scientifique

Il y a un mois ou deux, je m'étais commandé 3 livres pour le master de philo-didactique des sciences. Parmi ces 3 livres, Bachelard, car j'aimais beaucoup la notion d'obstacle, de connaissances naïves, mais je crois que je mélangeais un peu tout. Je ne l'ai pas lu tout de suite car l'écriture n'est pas des plus faciles à suivre, et ça n'était peut être pas le plus "rentable" vis à vis de l'examen de didactique qui approchait. 

Quand je l'ai commencé, j'ai d'abord été très déçue : quoi?! ouvrir un livre de philo pour lire le mot psychanalyse à toutes les pages?! Bon, après quelques dizaines de pages, je dois admettre qu'en fait je n'ai pas été trop gênée par les les attitudes que j’abhorre dans les discours de psychanalystes, ouf, il faut l'entendre comme analyse tenant compte de la psychologie des faiseurs de la science.

Ensuite, le ton est désagréable, très jugeant et très négatif sur les gens qui ont fait de la science avant le XIXème siècle ; et moi qui m'attendais naïvement à un ouvrage de didactique (oui, c'est écrit épistémologie au dos, mais comme j'ai du mal à voir ce que ça veut dire, et que j'ai entendu parler d'obstacle épistémologique à toutes les sauces dans mes cours de didactique, ben je m'attendais à autre chose), j'ai été déçue, et il m'a fallu 150 pages avant de lire l'ouvrage pour ce qu'il était : un ouvrage d'épistémologie, juste avant que le dernier chapitre ne verse finalement dans la didactique! Quand j'aurais un peu plus de bouteille je m'avancerai sur une critique de sa philosophie qui, je trouve, donne une vision assez négative et un brin culpabilisante de la science... 

En quelques mots, Bachelard considère qu'il y a eu une rupture dans l'histoire des sciences expérimentales autour du XVIII-XIXème siècle, quand la physique devient mathématique et l'alchimie chimie. Il y a les esprits pré-scientifiques avant cette période, et scientifiques après cette période. Dans les analyses que j'ai lues, il semble que Kuhn se soit inspiré de Bachelard pour définir la notion de paradigme.

Il s'intéresse à la formation de l'esprit scientifique en deux objectifs qu'il entremêle :

1. Quels sont les obstacles que l'esprit doit dépasser pour devenir scientifique. Ces obstacles, tirés de l'histoire des sciences et de l'épistémologie sont appelés obstacles épistémologiques
   
   • L'expérience première
   • La connaissance générale
   • La connaissance unitaire et pragmatique
   • L'obstacle substantialiste
   • L'obstacle animiste
   • Les obstacles de la connaissance quantitative
2. Il cherche aussi à connaître les moteurs présents derrière ces obstacles, les valorisations affectives qui trompent l'esprit pré-scientifique. Il livre alors une analyse d'obédience psychanalytique
   
   • Il livre en particulier une psychanalyse du réaliste (désir de possession et de richesse)
   • L'obstacle animiste est relié à un centrage sur l'homme et la vie : digestion, procréation...

Table des matières  : 

1. La notion d'obstacle épistémologique
2. Le premier obstacle : l'expérience première
3. La connaissance générale comme obstacle à la connaissance scientifique
4. Un exemple d'obstacle verbal : l'éponge
5. La connaissance unitaire et pragmatique comme obstacle à la connaissance scientifique
6. L'obstacle substantialiste
7. Psychanalyse du réaliste
8. L'obstacle animiste
9. Le mythe de la digestion
10. Libido et connaissance objective
11. Les obstacles de la connaissance quantitative
12. Objectivité scientifique et psychanalyse

Bip bip...!

Schéma du montage

Cette expérience, T me l'a décrite au téléphone la veille du montage de physique à l'agrégation. Et ça m'a tellement amusée que le lendemain matin, quand j'ai eu le choix entre le montage 1 et un montage vers les 30, surement plus intéressant, avec beaucoup plus de physique, j'ai choisi de jouer, et d'essayer cette manip qui avait l'air rigolote.

L'idée c'est qu'avec un bout de ficelle, un cutter et un petit pot rempli de sable, vous pouvez amuser la galerie et faire que tout le jury se lève comme un seul homme pour voir le résultat de vos exploits! (bon pour le reste du montage, ça a été un fiasco sans nom... )

Aujourd'hui je pense réutiliser cette manip pour un TP sur le rôle des incertitudes : quelle précision a-t-on sur la prévision du point de chute de la masse? Du coup ça a été l'occasion de m'amuser un peu avec AI :)

Cartes conceptuelles etcaetera

En train de rédiger mon projet MCF et le début de mon mémoire, je bute un peu sur l'organisation de mes idées. Ma directrice de mémoire me propose donc d'essayer de réaliser une carte conceptuelle autour de la mesure et me conseille d'utiliser le logiciel XMIND. Bonne élève je me plie à l'exercice. Je n'en ai jamais réalisé, je n'ai jamais eu de réel cours sur le sujet, si ce n'est une introduction lors d'un module CIES, à la volée. Je sais qu'il faut mettre des concepts, des notions, des exemples, les articuler avec des liens, étouça.

Je télécharge donc le logiciel, et hop, au boulot! Je trouve le logiciel un peu contraignant, mais l'exercice m'est très utile, je recommence une fois en mettant l'expérience au centre en lieu et place de la mesure. Et ça va mieux. Je vais me coucher, avec le plaisir de celui ou celle qui éprouve le sentiment du travail bien fait. Mais qui se dit quand même qu'il manque encore quelques cordes à son arc! 

Alors j'ouvre mon iPhone, je tape : "carte conceptuelle méthode", et là, je me rends compte que je me suis aventurée dans un domaine duquel j'ai encore tout à apprendre! 

D'abord j'ai mélangé carte conceptuelle (concept map - schéma conceptuel) et carte heuristique (Mind map)... Vulgaire erreur n'est il pas? Si vous aussi vous mélangez ces 2 définitions, un petit rappel :

• Mind map : fonctionne sur le principe de la décomposition : on part d'une idée, et on décompose. C'est une solution plus adaptée pour résumer un texte ou un cours.
• Concept map : il s'agit là d'articuler des concepts complexes, plusieurs notion peuvent être au plus haut niveau, on peut mettre des branches dans tous les sens. À chaque lien est associé un mot d'action. 

Le logiciel XMind semble plus adapté aux mind-map qu'aux concept map, d'où mes difficultés d'hier. Cependant, ça m'a permis d'écrire un texte bien construit ensuite, c'est donc aussi plus adapté à l'écriture d'un texte ensuite.

Pour créer une carte conceptuelle, j'ai vu conseillés les logiciels suivants :

• VUE
• lucidchart
• Cmaptools
• https://bubbl.us/ (en ligne)

Pour créer une carte heuristique :

• XMind
• Freemind

EDIT : Deux liens qui m'ont été donnés dans les commentaires de ce post
http://classemapping.blogspot.com/ 
http://www.scoop.it/t/classemapping

Les représentations sémiotiques et non sémiotiques - Duval

Kosuth, une et 3 chaises, 1965

Selon Duval, la chaise est l'objet, la photo est une représentation non-sémiotique de la chaise, et le mot chaise est une représentation sémiotique de la chaise.

Selon Duval, il y a deux types de systèmes producteurs de représentations, les systèmes sémiotiques et les systèmes non sémiotiques dans lesquels il y a une relation de causalité entre objet réel et représentation. Selon lui ce sont les systèmes sémiotiques qui accroissent la capacité d'appréhension de la pensée ; mais leur appropriation ne suffit pas, ce qui compte c'est la possibilité de passer d'une représentation à une autre. Une façon d'aider l'apprenant à appréhender le passage entre les différents types de représentation, et de regarder les covariances : qu'est ce qui change dans une représentation quand on change un point dans une autre des représentations? Ce point me parait assez intéressant.

La difficulté en mathématiques, c'est qu'il n'existe pas forcément d'objet dans le monde réel correspondant aux objets qu'il faut représenter. 

 

Dans la représentation sémiotique, il y a des domaines discursifs utilisant une grammaire (discours, énoncé symbolique), et des domaines non discursifs comme les graphes, le dessin géométrique... 

Cet article se termine par une réflexion sur les processus d'apprentissage, et en particulier le clivage classique entre la prévalence de la conscience dans les apprentissages (Platon, Descartes, Husserl) ou alors au contraire la prévalence de systèmes cognitifs indépendants et primaires, la conscience étant le lieu d'émergence des représentations (Aristote, Locke, Condillac, Kant, Piaget...). Duval se place plutôt dans cette deuxième approche, et pour lui les registres de représentation sémiotique sont des structures cognitives secondaires.

Histoire de moments, de couple...

C'est un titre qui ferait presque envie, qui ne parlerait presque pas de physique.... Et c'est bien ça le problème, car c'est de la physique, pas la plus facile, de la mécanique des solides, et comme on connait pas vraiment la mécanique du solide, et bien à ces mots, certains étudiants ont beaucoup de mal à accrocher quelque chose qui fasse du sens en physique. 

Moi, c'est pas mon cours, je fais de l'électromag cette année, oui mais en magnétisme, on a fichtrement besoin des moments, des couples, des produits vectoriels... Et ça, ça me gâche la physique!

Donc ce matin j'ai essayé de mettre de la physique sur le moment, je vais vous donner quelques morceaux, ils ont pris leur liberté par rapport au savoir savant, mais parfois ça vaut le coup de construire une connaissance intermédiaire, un peu éloignée du vrai sens, pour permettre aux étudiants d'appréhender le concept, on raffinera ensuite : 

• Un moment, c'est ce qui fait tourner les objets ; et le "ce", il faut le prendre comme une force, c'est à dire que si on l'applique à un objet, et bien sa vitesse de rotation change
  Un exemple : quand on dévisse une bouteille, quand on dévisse un écrou, ou l'inverse, quand on utilise un levier...
• Un moment, c'est un vecteur dont : 
• La direction c'est l'axe de rotation (ça en général c'est faux, sauf si au départ le solide est immobile)
• Le sens, ça définit le sens de rotation avec la règle du tire bouchon
• La norme ça définit de "combien on force", plus la norme est grande, plus on va réussir à dévisser un écrou/bouchon, la norme du moment elle est proportionnelle : 
• À la force que l'on applique, plus on force, plus on devrait réussir à dévisser l'écrou (si tant est qu'on force dans le bon sens)
• Au bras de levier : plus on utilise un grand bras de levier, plus on a de force pour dévisser
• Et pour visualiser la chose, et bien j'utilise un stylo sur lequel j'applique une force et qui est fixe à un bout, et à ce bout, on prend des stylos de taille différente selon la force que j'applique et à quelle distance je l'applique. 

Bon, je n'ai aucune idée de ce que vaut cette ingénierie didactique inventée ce matin aux yeux des vrais didacticiens, mais j'ai vu que ça avait fait tilt chez la plupart des étudiants de mon cours qui bloquaient sur ce point. 

Interros en peer-corection

Copies du jour

Ça, c'est une super idée de LP, que j'ai mise à ma sauce. À chaque fin de chapitre (4 chapitres pour le cours EM1), je leur propose une interro de 2 questions sur 10 points. À la fin de l'interro (je leur laisse le temps pour que la majorité de la promo estime avoir fini ce qu'elle savait faire), je ramasse les copies, puis un des étudiants redistribue de manière plus ou moins aléatoire, ça fait partie du jeu. Ensuite je fais une correction au tableau et j'indique ce que j'attendais, et où il faut mettre les points. À la fin je récupère les copies, je les relis, je fais quelques commentaires et je récupère les notes.
La première fois il y avait une question de réflexion et un exo fait en TD chez eux (ou comment les inciter à préparer leurs TDs!), la seconde fois, c'est à dire ce matin, c'était une question qualitative largement discutée en cours, et un problème légèrement ouvert. 

Les points positifs : 

• Les étudiants ont immédiatement une rétroaction sur ce qu'ils ont compris, ou pas... Ils peuvent en temps réel me poser les questions si ils ne comprennent pas quelque chose
• En corrigeant la copie d'un autre : 
• Ils se replongent dans le raisonnement une fois de plus
• Ils apprennent à comprendre ce que veut l'examinateur, comment est construit une épreuve... 
• L'exercice a un côté ludique et récréatif qui rend moins pénible la situation d'examen pour ceux et celles qui y sont "sensible"
• Les étudiants comptent les points, ce que je déteste faire!
• Ils comprennent le côté formatif et non pas normatif de l'évaluation, ce qui les aide à devenir acteur de leur apprentissage
• Ils acceptent beaucoup plus facilement les mauvaises notes. 

Les points négatifs : 

• Lorsque je fais la correction, je ne sais pas sur quoi les étudiants ont en moyenne buté, je le découvre lors de ma deuxième correction. Il faudrait peut être que je leur demande quelles sont les erreurs de raisonnement qu'ils repèrent dans les copies qu'ils corrigent. En plus ça serait une éducation à la didactique... hum hum, je ferais ça la prochaine fois. 
• ça me prend le double de temps d'une évaluation simple, mais je pense que c'est le prix à payer pour que l'évaluation soit formative... 

2 sphères métalliques - la part du sens commun

Je n'ai pas trouvé grand chose sur les conceptions naïves des étudiants en électrostatique, mais il faut avouer que je n'ai surement pas assez cherché, la faute à pas le temps. Dans le livre de Laurence Viennot il y a bien quelques points abordés : la superposition et l'absence de champ électrique dans les diélectriques. Mais en le lisant, ça ne m'avait pas paru ultra pertinent, c'était basé sur une étude dans une seule classe avec une seule enseignante, à un seul niveau. Cet apparté étant passé, je n'avais pas l'impression d'avoir rencontré d'obstacles majeurs chez eux, hormis la recherche des symétries, mais c'est un problème plus vaste. 

Fabriquer un doublet électrostatique

Dans le cours nous avons travaillé sur comment charger une sphère métallique, comment réaliser 2 sphères métalliques portant la même charge, comment réaliser un dipôle électrique, et je crois qu'ils ont bien compris. Seulement, j'ai toujours traité l'exemple avec 2 sphères de la même taille, ben oui, pour faire un dipôle ou un doublet, c'est ce qu'il faut. Mais du coup ils n'ont pas du réfléchir au pourquoi des 2 sphères de la même taille, ils ont même pu se dire que c'était juste esthétique! 

Pour comprendre l'effet de pointe
On part de ce schéma

 Donc ce matin, quand j'ai posé en interro l'exo permettant de comprendre l'effet de pointe, où l'on donne une charge Q à une sphère que l'on a connecté à une autre sphère plus petite par un fil conducteur, au lieu de prendre comme point de départ l'égalité des potentiels, ils ont pris comme point de départ, l'égalité des charges sur chacune des 2 sphères, et bim, patatras. 

Du coup plusieurs conclusions/questionnements : 

• Est ce que cette conception était présente avant mon enseignement et je n'ai fait que l'ancrer davantage en prenant de mauvais exemples? 
• Est ce que j'ai créé cette conception avec mes exemples? 
• Est ce que présenter des contre exemples dans la première partie du cours les aiderait à mieux répondre à cet exercice?

Lois et induction en physique

Lois et inductions : 

Si l'on écoute le philosophe Héraclite qui dit "qu'on ne peut pas descendre deux fois le même fleuve", alors il n'est pas possible de faire de sciences physiques. Le physicien, lui, est à la recherche des invariants, pour établir des lois. La loi physique traduit l'expression d'une certaine régularité dans les phénomènes naturels. 

L'opération permettant de passer du "fait mesuré" (tableau de nombres) à une forme fonctionnelle est le traitement des données qui repose sur l'induction. Selon Poincaré, on ne peut se passer de l'induction : "Sans généralisation, la prévision est impossible. Les circonstances où l'on a opéré ne se reproduiront jamais tout à la fois. Le fait observé ne recommencera donc jamais ; la seule chose que l'on puisse affirmer, c'est que dans des circonstances analogues, un fait analogue se produira. Pour prévoir il faut donc au moins invoquer l'analogie, c'est à dire, généraliser. "

L'induction s'éloigne du réel, puisque il faut inférer ce qui sera pour des points non mesurés, et il faut accepter une loi qui ne passe pas réellement par tous les points mesurés : 

"il faut bien qu'on interpole ; l'expérience ne nous donne qu'un certain nombre de points isolés, il faut les réunir par un trait continu ; c'est là une véritable généralisation. [...] Ainsi on ne se borne pas à généraliser l'expérience, on la corrige." (Poincaré)

Comment choisit-on parmi plusieurs lois permettant de rendre compte des même points mesurés? Poincaré propose de choisir la plus simple des lois : "Il est clair qu'un fait quelconque peut se généraliser d'une infinité de manières, et il s'agit de choisir ; le choix ne peut être guidé que par des considérations de simplicité".

 Critique de l'induction :

"L'induction, appliquée aux sciences physiques, est toujours incertaine, parce qu'elle repose sur la croyance en un ordre général de l'univers, ordre qui est en dehors de nous." Poincaré. 

"Il est impossible d'établir la légitimité de l'induction sur des fondements absolument logiques. Le seul argument est l'efficacité des lois ainsi obtenues, mais le raisonnement est circulaire. "(Perdijon)

 De la loi à la théorie :

 Les lois de la physique rendent compte des phénomènes, permettent de faire des prédictions, mais ne permettent pas d'expliquer pourquoi les choses se passent comme ça. Comme exemples on peut citer la loi de Mariotte pour les gaz, la loi d'Ohm pour les circuits résistifs ; ces lois rendent compte des faits, mais ne répondent pas à la question pourquoi... Auguste Comte suggère, lui, de ne s'en tenir qu'au loi et aux faits, c'est à dire, de s'abstenir de proposer des théories, alors que le physicien, au contraire, considère que le connu doit être compris.

biblio : 

La formation des idées en physique, Perdijon

La science et l'hypothèse, Poincaré

Le modèle ou la modélisation?

Expérience classique pour étudier les lois de la réfraction

En sciences, on élabore des modèles qui permettent de prédire des choses dans le réel à partir d'une théorie plus générale. Ces modèles sont performants pour expliquer certains faits, mais ils ont des limites, des  domaines d'applications... 

À travers les travaux expérimentaux et les activités que l'on propose aux étudiants, il faut se demander si on les amène à apprendre des modèles ou apprendre à modéliser?

L'exemple en photo est réfléchi de manière à ne poser aucun problème de modélisation, tout a été bien choisi en amont, l'étudiant n'a plus qu'à apprendre à utiliser les lois dans le cadre de ce modèle.

Quel apport de la didactique pour un département de physique?

Hans Niedderer

En surfant sur le net, parce que je trouve que la formation que je suis est trop centrée sur le primaire-collège, je suis tombée sur une traduction de l'article de H. Niedderer : Research and development in physics didactics at university ; issues and trends par M. Méheut et A. Tiberghien. Ben c'est vraiment intéressant, et je regrette vachement de ne pas avoir lu ce document avant ma présentation d'hier!

Je vous mets le lien pour le télécharger sur didaskalia (gratuit) là.

L'auteur part du constat que : 

1. Les étudiants n'ont pas plus la vocation des sciences
2. Avec les cours classiques basés sur un modèle transmissif de l'information sont insuffisants pour permettre aux étudiants de comprendre les concepts de la physique.  

Image tirée de l'article

L'auteur défend la nécessité Nécessité d'un enseignement constructiviste innovant : 

• Parties de cours plus interactives 
• Clarification des objectifs (dans les énoncés...) 
• TP mind-on (Lunetta) : on trouve le fait peut être contre-intuitif pour l'enseignant que la plupart des étudiants, les TPs c'est chiant.

Quels sont les domaines de la didactique qui peuvent intéresser un département de physique? 

1. Recherche sur la motivation des étudiants pour étudier la physique
1. Quelles sortes de sujet, de types d'enseignement et de média sont intéressants et motivants pour les étudiants ?
2. Quelles sont les attentes des étudiants quand ils démarrent la physique à l'université ?
3. Pendant un cours spécifique de physique, qu'est-ce qui est intéressant, qu'est-ce qui est ennuyeux pour les étudiants ?
4. Quelles sont les raisons qui poussent les étudiants à quitter la physique après l'avoir étudiée quelque temps ?
2. Recherche reliée à la compréhension de la physique par des étudiants
1. Comment la compréhension des concepts de base de la physique peut-elle être améliorée?
2. Comment peut-on évaluer la compréhension des étudiants ?
3. Quels types de connaissance les étudiants ont-ils après ces cours de physique du début de l'université
4. Quelles connaissances ont-elles été acquises à partir des différents cours, selon les différentes approches?
   Il existe déjà un certain nombre d'études qui ont mesuré ces progrès, voir réf dans l'article page 8.
3. Études de processus d'apprentissage
1. Quels sont les états intermédiaires de connaissance pendant le processus d'apprentissage se déroulant lors d'un cours 
4. Recherches sur les cours magistraux
1. Quelle est la contribution des cours à la compréhension et à l'apprentissage de la physique ?
2. Quel est le point de vue des étudiants sur différents types de cours ?
3. Comment les effets de motivation des étudiants et d'apprentissage de la physique diffèrent selon différents types de cours ?
4. Quelle vision de l'apprentissage (plus active ou plus passive) les étudiants ont-ils ? Quelles sont leurs métaconnaissances sur l'apprentissage
5. Recherches concernant l'utilisation des nouvelles technologies
6. Recherches sur les travaux pratiques
1. Quels types de processus d'apprentissage se déroulent durant des TP?
2. Si des travaux pratiques spécifiques visent certains objectifs, dans quelle mesure le TP est-il efficace par rapport à ces objectifs ?

J'essaierai d'essayer de me souvenir de cet  article le jour où je devrais défendre ma place dans une université!

Grandeur et mesure : l'exemple de la masse

La balance numérique,
Un mauvais outil pour enseigner la masse

Aujourd'hui cours sur la mesure. Comprendre la différence entre grandeur et mesure : les psychologues (Piaget & co) ont montré que l'on pouvait savoir mesurer sans avoir compris ce que voulait dire la grandeur. Un exemple? Si on présente une suite d'allumettes à des enfants, et que les enfants répondent que la longueur mise bout à bout est différente selon que les allumettes sont mises en une seule ligne, ou alors en zig-zag par exemple. 

Les allumettes en ligne et en zig-zag

Les psychologues ont donc suggéré de considérer d'abord la grandeur (longueur, masse, ... ), en classant ce qui est plus ou moins long, plus ou moins lourd... Avant de la ramener à une grandeur étalon, ce qui va permettre de devenir une mesure.

Je me souviens de mon petit frère qui faisait des gâteaux au yaourt (on compare tout au volume d'un yaourt), on peut aussi voir l'exemple du quatre-quatre, ou l'on ramène tout au poids des oeufs, en utilisant non pas une balance numérique comme tout en haut, mais une balance de Roberval : 

Raisonner en physique - la part du sens commun

Lecture du WE

En didactique de la physique, on entend de manière un peu rabâchée, un peu toujours les 2 mêmes exemples d'obstacles conceptuels des enfants : la construction des images en optique et l'impetus en mécanique. 

J'ai donc emprunté le livre de Laurence Viennot qui détaille ces 2 exemples, et beaucoup d'autres. J'ai retrouvé les schémas que l'on nous avait proposé en cours de didactique et j'ai appris beaucoup de choses (voir par exemple le post sur le sténopé). 

J'ai beaucoup aimé les exemples du début, l'envie de prendre de la hauteur en ne se cantonnant pas au catalogue. Par contre j'ai trouvé que du point de vue de la physique, c'était parfois un peu creux : le bon raisonnement doit être celui là, je ne vous détaille pas comment on arrive à ce raisonnement là, et je vous montre que les élèves ne comprennent pas. Parfois les exemples sont un peu bâclés (sans connaître le cadre exact dans lequel la question est posée, on serait amenés à répondre différemment de ce qu'elle propose comme raisonnement expert) : un exemple, le cas de la compression d'un gaz. C'est dans le chapitre quasi-statique, donc on suppose une compression quasi-statique, mais elle ne dit pas si les parois sont conductrices de la chaleur ou non. Et moi, je n'ai toujours pas compris comment l'énergie cinétique des molécules augmente lors d'une transformation quasi statique. Le raisonnement est peut être simple, mais elle ne le développe pas. 

Bref, je suis contente de l'avoir lu, je pense que cet ouvrage fait partie des livres à avoir lu quand on enseigne en physique, mais ça n'est pas une bible!

Réunion avec les collègues de L1

Hier avait lieu une réunion sur la refondation du L1 à la fac, en lien avec la réforme des lycées. 2 thèmes ont été abordés : 

1. Ou comment rendre les cours et TD plus interactif
2. Les TP par projet

Moi, je devais introduire le deuxième thème. 

Bon, alors une réunion de prof de fac, c'est quand même très cliché... Et là, c'est le gratin des enseignants-chercheur qui s'impliquent en enseignement... D'ailleurs, y'avait pas un professeur des universités, uniquement des maîtres de conf.

En gros, dès que quelque chose est présenté, ou c'est classé comme nul, ou alors c'est évidemment ce que l'on fait déjà... mouais. 

Je pense que la personne qui a introduit le premier point aurait du mettre les références des études scientifiques, ça aurait été plus convaincant pour des maitres de conférence en physique. De meme il aurait du présenter des exemples à la fac. 

Pour ma part, j'ai l'impression que ce que j'ai présenté, sans ambition, a plu et n'a pas trop clivé. Les gens ne se sont pas trop senti remis frontalement en cause, et du coup j'ai l'impression que ça a des chances de prendre! Ils ont beaucoup aimé la présentation de l'échelle de Schab-Herrin que j'avais empruntée à une présentation de JY Carriou qui caractérise le degré de démarche scientifique d'un TP.

Les didacticiens se battent encore pour décrire ce qu'est une activité de recherche, pour mettre des critères, mais je pense que le point n'était pas là... 

L'idée que j'ai défendue est que c'est une histoire continue d'un curseur que l'on pourrait déplacer à différents moments du TP. Par exemple, on peut avoir des moments guidés et des moments où l'étudiant doit prendre plus d'initiatives.

Par contre ce matin, je ne suis plus totalement d'accord, je pense que le point le plus important pour avoir de la vraie démarche expérimentale, c'est que l'énoncé ne soit pas prescriptif. Par exemple, si c'est juste laisser du temps aux étudiants pour qu'à la fin ils doivent tous avoir le même protocole, ben je pense qu'on est encore loin du principe même de la démarche de projet...

Le sténopé - histoire d'un abandon

Camera oscura

Le sténopé, ou chambre noire, ou encore camera oscura, est l'ancêtre de l'appareil photo. C'est un dispositif extrêmement simple, facile à construire, basé sur le seul principe de proe principe de son fonctionnement. Laurence Viennot spagation de la lumière en ligne droite en l'absence de changement de milieu et il a disparu des programmes... mais pourquoi diantre? 

Dans mes lectures préparatoires au cours d'optique j'avais appris qu'un obstacle conceptuel fréquent chez les enfants concernant la formation des images était le concept d'image voyageuse, de persona : l'image se propage en se contractant ou en se dilatant entre l'objet et l’œil. L'une des situations problèmes adaptées pour faire évoluer les connaissances de l'apprenant, c'est l'image de mickey et de la demi lentille. Il s'agit d'un obstacle substantiel comme on l'a défini dans un post précédent.

Ce que je n'avais pas compris, c'est que dans ce problème, il y a aussi la notion d'image, qu'est ce qu'une image en optique : c'est un ensemble de rayons lumineux qui se croisent (réellement ou fictivement ) quelque part. Et cette notion d'image est très dure à construire chez l'apprenant, elle passe par l'utilisation de systèmes rigoureux, avant d'introduire ensuite la notion d'aberrations. 

Dans le cas du sténopé, on ne construit pas une image au sens de l'optique, mais on voit une image au sens courant du terme. Le fait que les étudiants ne sachent pas expliquer ce qui va se passer si on augmente ou si l'on réduit l'ouverture du sténopé prouve qu'ils n'ont pas compris le principe de cette expérience.

Laurence Viennot suggère donc de ne pas utiliser cette expérience comme expérience introductive, mais à la rigueur comme une expérience de synthèse. En faisant bien attention à tracer des pinceaux lumineux partant de chaque point dont on va faire la pseudo-image.

Je ferai donc attention l'an prochain quand je traiterai de cette expérience dans mon cours d'optique1.

Substantialisation et synthèse additive des couleurs

Quand la lumière est comprise comme la matière

Ce WE j'ai lu le livre de Laurence Viennot : Raisonner en physique, la part du sens commun. Dans ce livre l'auteure décrit comment le sens commun est souvent un obstacle pour la compréhension de la physique de niveau lycée. Plutôt que de faire un catalogue abscons des différents obstacles répertoriés dans la littérature (ce qui à mon niveau me paraissait déjà très intéressant), elle regroupe les obstacles selon leur nature. 

Un dénominateur commun à un certain nombre d'obstacles est la substantialisation. C'est à dire le fait de donner corps, substance et existence matérielle à ce qui n'en a pas, comme la chaleur qui s'écoulerait et se transmettrait d'un corps à l'autre, le rayon lumineux que l'on peut voir depuis le côté, la couleur de la lumière... 

La couleur de la lumière? 

Je n'ai jamais vu cet obstacle à l’œuvre, mais je n'ai jamais enseigné la synthèse additive des couleurs. D'après les études de didactique, le sens commun fait dire à des enfants (des adultes aussi?) que si on fait se croiser 2 faisceaux laser rouge et vert, et bien les faisceaux laser changeront de couleur après leur croisement, comme le feraient 2 encres. La couleur de l'un a en quelque sorte salit l'autre.

L'enfant attribue là une substance à ce qui n'en a pas, à savoir la couleur d'un faisceau lumineux.

C'est un exemple parmi d'autres du phénomène de substantialisation des concepts, pour mieux les appréhender. Le sens commun fait alors obstacle à la compréhension de la théorie de la synthèse additive des couleurs.

Théorie des situations didactiques - un résumé enfin!

Dans cet article, Brousseau est, selon moi, amené à :

1. Définir la notion de milieu et de contrat didactique.
   
   L'enseignement n'est pas le fruit de la simple relation élève-enseignant et de leurs connaissances respectives, il faut aussi prendre en compte : 
   1. le milieu (ce qui est autre que l'enseignant et l'élève, milieu effectif, connaissances antérieures...)  
   2. le contrat didactique (les règles du jeu implicites de la relation élève enseignant). 
    
2. Étudier les situations d'enseignement en : 
1. Nommant et décrivant les différents types de situation d'enseignement
1. Situations de diffusion de connaissances sans contrat didactique
2. Contrats faiblement didactiques portant sur un savoir nouveau
3. Stratégies fortement didactiques portant sur un savoir nouveau
4. Contrats basés sur la transformation des savoirs anciens
   
2. Dénonçant certains effets pervers du contrat didactique
1. Âge du capitaine, effet Topaze...
   
3. Construire des situations adidactiques
   
   dans lesquelles l'élève apprend au contact du milieu adidactique, dans une perspective constructiviste. Dans un tel contexte, l'élève construit son savoir sans connaître a priori le savoir qu'il doit construire en dépassant les obstacles épistémologiques constitués par ses connaissances anciennes (paradoxe du contrat didactique)
   L'auteur définit les différents moments d'une séquence d'enseignement adidactique :
1. La dévolution
2. Situation d'action
3. Situation de formulation
4. Situation de preuve
5. Phase d'institutionnalisation

Peer instruction - Eric Mazur

C'est AT qui m'a parlé de ce prof de Harvard qu'elle a rencontré en colloque et qu'elle avait trouvé passionnant.
En cherchant sur youtube, j'ai trouvé cette vidéo d'une conférence sur la façon dont cet enseignant a été amené à repenser son enseignement dans le supérieur. C'est passionnant évidemment, sa solution ressemble un peu aux cours que j'avais adoré en prépa agreg sur le magnétisme!

Derek bok center for teaching and learning

Van de Graaf, mise en route!

Notre Van de Graaf et son plumeau

Il y a quelques mois j'ai commandé pour les manips de cours un van de Graaf de démonstration chez Jeulin, je l'ai reçu un peu avant Noël, et j'ai commencé à jouer avec... Grosse déception, ça marchait pas du tout.... bouhhh!

Pour une description du van de Graaf et des trucs fun qu'on peut faire avec, voir par exemple cette vidéo :

http://www.youtube.com/watch?v=EsZQS2GOMQE

Mais la vidéo qui m'a aidé à connaître mon ami pour jouer avec le VdG, c'est celle du national stem centre :
Vidéo d'explication du VdG


Je vous présente mon nouvel ami :

Le sèche cheveux de salon

J'ai donc laissé tourné le van de Graaf 5 minutes à petite vitesse avec le chauffage à fond à une vingtaine de centimètres, et miracle, les cheveux du plumeau ont commencé à s'éloigner les uns de autres... Oh yeah!!

En mettant le chauffage contre les faux cheveux, on a encore progressé...

En résumé :

1. Régler les balais à 1 ou 2mm de la courroie
2. Bien sécher la courroie (et le plumeau ou..) avec un chauffage ou mieux avec un sèche cheveux
3. Connecter la base du Van de Graaf (prise à laquelle on connecte la sphère de déchargement ) à la Terre, c'est à dire à un objet métallique en contact avec le sol.

Et avec tout ça ça devrait être bon! Nous il nous reste un pépin : pourquoi ça accumule moins de charges quand ça tourne plus vite? That's the question!