La modélisation en Sciences Physiques Comprendre le fonctionnement des Sciences Physiques pour mieux l’enseigner et l’apprendre. ICAR/INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP Le point de vue de l'institution sur l'enseignement des sciences au lycée « La logique pédagogique que sous-tendent ces nouvelles approches est que le développement des sciences se fait par un va-et-vient entre l'observation et l'expérience d'un côté, la conceptualisation et la modélisation de l'autre […]. L'exercice de modélisation du réel est sans doute la démarche la plus importante et aussi la plus difficile dans la démarche scientifique. Passer du concret à l'abstrait, de l'observation à sa traduction formalisée demande que l'on soit capable d'extraire du monde réel une représentation simplifiée, le degré de simplification dépendant du niveau où l'on se situe. […] Le professeur doit s'efforcer sur des exemples simples de montrer comment se fait la modélisation, ceci dans toutes les sciences. » (BOEN hors série n°2 du 30 août 2001, annexe sur l'enseignement des sciences au lycée)‏ Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP La modélisation dans les programmes de physique-chimie En 2nde "…insister sur le fait que la pratique expérimentale dans l’enseignement ne favorise la formation de l’esprit scientifique que si elle est accompagnée d’une pratique du questionnement et de la modélisation.“ "Contrairement aux mathématiques, où les objets sur lesquels on raisonne sont toujours simples et facilement identifiables par les élèves -droites, cercles, sphères, cylindres, nombres, etc…- cette activité de modélisation, difficile quel que soit le niveau considéré, est au coeur des sciences expérimentales." Sa maîtrise est une "difficulté qu’il s’agit de traiter en tant que telle" Au sujet de la constitution de la matière, "L’enseignant sensibilise l’élève à la notion de modèle et à ses limites". Des exemples : pendule simple, modèle du gaz parfait, réaction comme modèle de la transformation chimique Compétence mise en jeu en TP : Déterminer le domaine de validité d’un modèle Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Un modèle selon les élèves… Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP Qu'est-ce que faire de la physique ? Analyser et interpréter les objets et les événements du monde matériel (point de vue partagé par les élèves, qui utilisent davantage le verbe expliquer) Faire des prévisions sur ce monde (Aspect non évoqué par les élèves qui ne se fait donc qu’en classe) Ceci nécessite d'utiliser des théories, des modèles, des concepts; de simplifier, d’idéaliser, de faire des choix, de confronter aux situations matérielles... bref modéliser... Faire remarquer ne différence entre élève de TS et élèves de 2nde : Les élèves de TS citent tout autant la créaction de technologies, les élèves de 2nde citent pour un tiers « cela sert à apprendre des techniques de calcul et à développer notre logique » Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Champ théorique Champ empirique Vers une épistémologie "scolaire"… Lois, principes, définitions, théorèmes, … Apprentissage des élèves: Relations difficiles et nécessaires MODÈLE Pierre elastique/ la force ou le diagramme / les lois de la mecanique PPe inertie par ex Objets, événements… Champ empirique Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Articuler les deux mondes... monde de la théorie et du modèle Relations entre concepts Relations entre concepts et événements/objets Ce qui crée du sens La difficulté essentielle Relation entre le concept de forces etle concept de vitesse par ppe inertie par exemple Pierre immobile, accroch elastique monde des objets et des événements Relations entre événements et/ou objets Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Pour l'apprentissage initial... Cette activité de modélisation nécessite d'étudier des situations “simples” et/ou très épurées... sans exclure d’autres situations plus complexes pour lesquelles l'explication ou l'interprétation en termes de physique ne présente pas a priori un intérêt immédiat. éloignées des situations que les élèves pourraient avoir envie de comprendre (situations qui ne posent pas de question dans la vie de tous les jours, qu’il ne vient pas à l’idée d’étudier ) En utilisant un vocabulaire à manipuler avec d’infinies précautions « Epurer »  ça veut dire enlever tt ce que la théorie ne prend en compte pour éviter les perturbations dans l’apprentissage ; au début, c’est le prof qui le fait puisque les élèves n’ont pas la connaissance de la théorie, d’où les situations épurées de départ, mais ensuite il faut qu’il prenne en charge avec les élèves cette « sélection » des éléments pertinent ; à mettre en lien avec le domaine de validité aussi peut-être Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP Un cas d’école…. Pourquoi ce livre est il immobile? Parce qu’il est soumis à deux forces qui se compensent !!! R P Séparons la modélisation de la situation matérielle et justifions un minimum notre question Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Autres exemples très classiques Méthode des visées : Un exercice pratique avec un modèle omniprésent Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP Utilisation d’un simulateur : une « fausse expérience » respectant parfaitement le modèle http://olical.free.fr/bateau2.swf Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Des hypothèses sur l’apprentissage L’implication oui pcque basée sur des apprentissages, donc mettre en place un enseignement adapté certaines hypothèses sur l’apprentissage ? Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP On apprend à partir de ce qu’on sait déjà Cela concerne aussi bien les connaissances quotidiennes que scientifiques. En physique on acquiert énormément de connaissances quotidiennes sur le monde matériel qui nous entoure qui sont opérationnelles et cela dès la naissance En mathématiques également, l’élève n’a pas « la tête vide » (connaissances antérieures scolaires ou extra-scolaires). (avec l’aide ou (l’opposition) des outils et connaissance qu’on a et aussi en relation ds le sens où la structure des connaissances est en jeu – à dire juste pas à écrire….) Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP On s’approprie le savoir par petits éléments dans un ordre qui n’est généralement pas l’ordre rationnel d’exposition du savoir officiel  Il y a donc une différence de temporalité et de chronologie entre temps d’apprentissage et temps didactique. Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Formation de formateurs janvier 2010 INRP On apprend en communiquant avec les autres Quand il y a collaboration et confrontation (langage oral, écrit, gestuel, …) Nécessité de formalisation (mettre en forme ses idées pour pouvoir les formuler pour collaborer et confronter) Importance de formulation pour l’apprentissage mathématique Nécessité de formalisation pour collaborer et confronter, mise en débat préalable avec soi mm Formation de formateurs janvier 2010 INRP

Quelles hypothèses d’apprentissage mettre en avant? Discussion en groupe autour de ses hypothèses (et éventuellement en lien avec des deux mondes): Les hypothèses semblent-t-elles prises en charge dans les BO ? Pertinence des hypothèses par rapport à votre pratique d’enseignant / de formateur ? Mise en commun : chaque groupe fait part aux autres des idées principales ressorties de la discussion Formation de formateurs janvier 2010 INRP