Plénière sesames Enseigner explicitement la mesure et la modélisation au lycée : quelle faisabilité, quels avantages ? 20 juin 2007 Qui sommes-nous? Groupe.

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1 plénière sesames Enseigner explicitement la mesure et la modélisation au lycée : quelle faisabilité, quels avantages ? 20 juin 2007 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 l’arbitraire 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. JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

2 Didier Coince Anne-Marie Miguet Stéphane Perrey Tristan Rondepierre
plénière sesames 20 juin 2007 Didier Coince Anne-Marie Miguet Stéphane Perrey Tristan Rondepierre Andrée Tiberghien Jacques Vince groupe Physique - lycée

3 monde de la théorie et du modèle
plénière sesames 20 juin 2007 monde de la théorie et du modèle Relations entre concepts La difficulté essentielle Relations entre concepts et/ou événements/objets monde des objets et des événements Relations entre événements et/ou objets JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

4 site PEGASE http://pegase.inrp.fr
plénière sesames Enseigner explicitement la mesure et la modélisation au lycée : quelle faisabilité, quels avantages ? 20 juin 2007 But ? Montrer l’intérêt et faisabilité d’enseigner 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 d’activités Un outil: la carte conceptuelle Sites: site académique site PEGASE JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

5 Quelques mots clés… Grandeur Unités Mesure Physique
plénière sesames 20 juin 2007 Quelques mots clés… Grandeur Unités Mesure Physique Quel sens un élève de 2nde peut-il donner à ces termes ? Quelle définition en donneriez-vous ? JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

6 Progression Chap 1 Qu'est-ce que la physique ? Chap 3 La mesure
plénière sesames Progression 20 juin 2007 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 d’Einstein). Modèles Act 3 : Grandeurs physiques (lien vers l’activité) 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 d’Ératosthène. JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

7 Chapitre 1 – Act 3 Grandeurs physiques
plénière sesames Chapitre 1 – Act 3 Grandeurs physiques 20 juin 2007 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 d’autres disciplines. Exemples de grandeurs physiques : la longueur, le temps, la vitesse, le volume. Dans le texte de l’activité 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 d’un lycée, le pH, la largeur, l'électricité, l'intensité électrique, le son, l'intensité sonore, l’inflation, 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) ; l’unité que vous avez l’habitude d’utiliser pour cette grandeur. JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

8 Chapitre 3 – Act 1 Mesure de la masse d'une pomme
plénière sesames Chapitre 3 – Act 1 Mesure de la masse d'une pomme 20 juin 2007 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 l’affichage 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 ? JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

9 Chapitre 4- Act 2: Deux modèles historiques du système Terre – Soleil
plénière sesames Chapitre 4- Act 2: Deux modèles historiques du système Terre – Soleil 20 juin 2007 Activité 2 : Deux modèles historiques du système Terre – Soleil Observations : Les Égyptiens avaient observé qu’à 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 qu’on peut représenter par un point. Syène est peu étendue et peut être représentée par un point S. De même, la ville d’Alexandrie 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 ; JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

10 1. Confrontation entre les observations et les modèles proposés
plénière sesames 20 juin 2007 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 "l’ombre" du bâton. Le modèle 1 est-il en accord avec l’observation faite à Syène ? à Alexandrie ? Même question pour le modèle 2. Peut-on dire qu’un de ces deux modèles rend mieux compte des observations que l’autre ? D’après vos connaissances personnelles, lequel de ces deux modèles est aujourd’hui accepté par la communauté scientifique ? D’après vos connaissances, décrire une observation en accord avec le modèle choisi dans la question précédente et en désaccord avec l'autre modèle. JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

11 Comparaison avec les 232 réponses des enseignants
plénière sesames Résultats élèves et profs au questionnaire sur la nature et le fonctionnement de la physique 20 juin 2007 Résultats sur 324 élèves (dont 204 élèves de 2nde et 69 élèves de collège) Comparaison avec les 232 réponses des enseignants JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

12 plénière sesames 1. La physique a pour objectif de faire de nouvelles découvertes sur le monde qui nous entoure. 20 juin 2007 Un large consensus Comme chez les enseignants groupe Physique - lycée

13 plénière sesames 2. La physique a pour objectif de faire de ce monde un meilleur endroit pour vivre. 20 juin 2007 Une question qui divise… les enseignants aussi… JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

14 plénière sesames 3. La physique a pour objectif d'établir la vérité sur les phénomènes qui nous entourent. 20 juin 2007 Une idée répandue chez les élèves… Mais aussi chez les enseignants… ce qui pose le problème du statut de la vérité JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

15 Enseignants : un fort décalage !!
plénière sesames 4. Faire de la physique consiste à appliquer des formules mathématiques pour trouver un résultat 20 juin 2007 Vers une image mathématique de la physique scolaire… Enseignants : un fort décalage !! JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

16 plénière sesames 5.Faire de la physique nécessite d'utiliser des théories, des modèles, et des lois pour décrire et interpréter le monde autour de nous 20 juin 2007 enseignants JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

17 plénière sesames 6. Faire de la physique conduit à mettre au point et réaliser des expériences qui nécessitent souvent de faire des mesures. 20 juin 2007 Une affirmation forte du caractère expérimental de la physique… revendiquée par les enseignants… JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

18 plénière sesames 7. La physique est une science qui peut remettre en cause ses propres théories 20 juin 2007 Une idée qui reste à construire chez peu d'élèves seulement… et plus du tout chez les enseignants JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

19 plénière sesames 8. On a besoin de définir la physique pour l'apprendre et pour en faire. 20 juin 2007 Encore une question qui divise… Même les enseignants JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

20 Chapitre 4, activité 1 utilisation du modèle du pendule simple
plénière sesames 20 juin 2007 La carte conceptuelle: Un outil d’analyse des démarche attenues de l’élève Chapitre 4, activité 1 utilisation du modèle du pendule simple 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 ? groupe Physique - lycée

21 plénière sesames La carte conceptuelle: Un outil d’analyse des démarche attenues de l’élève 20 juin 2007 Répondre à la question précédente demande d’effectuer 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 : JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

22 Expérience de labo situation matérielle
plénière sesames 20 juin 2007 Expérience de labo situation matérielle Mesure(s) (résultat de l'action de mesurer) Énoncés en français Ordre de grandeur Représentation graphique Représentation schématique maquette JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

23 plénière sesames 20 juin 2007 JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

24 Rédaction de compétences
plénière sesames Rédaction de compétences 20 juin 2007 relatives aux propriétés des modèles relatives à l'utilisation de modèles sur la mesure sur l'usage du vocabulaire JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

25 Quelques questions auxquelles nous avons envie de répondre OUI
plénière sesames Quelques questions auxquelles nous avons envie de répondre OUI 20 juin 2007 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 ? JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

26 Quelques questions plus ouvertes…
plénière sesames Quelques questions plus ouvertes… 20 juin 2007 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 ? JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

27 Carte conceptuelle plénière sesames 20 juin 2007 JN UdPPC Paris 2007
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28 Compétences visées à moyen terme au sujet de la modélisation
plénière sesames 20 juin 2007 En physique et en chimie, pour décrire, expliquer et prévoir des événements, on utilise des modèles qu’on 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, d’une 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 l’histoire et un modèle est donc quelque chose d'évolutif (qui s’affine ou est abandonné) au fur et à mesure de l’avancée de la science. Un modèle est considéré comme valide tant qu’il n’est 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 qu’un autre pour répondre. Th/modèles Obj/événements JN UdPPC Paris 2007 groupe Physique - lycée

29 FIN plénière sesames 20 juin 2007 JN UdPPC Paris 2007
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