IUFM DE BOURGOGNE

Professeur certifié

Comment motiver mes élèves de seconde ?

IBRAL Khalid

Physique-Chimie Directeur de mémoire: Gérard GOUTHIERE

2005 n° de dossier:04STA00139

Comment motiver mes élèves de seconde ?

Résumé :

Au début de l’année, j’ai constaté que mes élèves étaient peu enthousiasmés parle cours de sciences physiques. Dans le présent mémoire, je présente et analysedeux solutions possibles testées dans ma classe dans le but de motiver mesélèves. Ces deux solutions utilisent respectivement l’histoire des sciences etl’actualité des sciences.

Mots-clés :Histoire des sciences /actualité des sciences/mission Cassini-Huygens.

Etablissement de stage en responsabilité :Lycée Charles de Gaulle21000 Dijon

Classe de seconde

Tables des matières

Introduction……………………………………………………………………………………………………………………….4

Première partie : Problématique……………………………………………………………………………………5A) Situation initiale de la classe………………………………………………………………………………………………………………….…5B) Solutions apportées à la situation rencontrée en classe…………………………………………………………………….5C) Utilisation de l’histoire des sciences……………………………………………………………………………………………………….5D) Utilisation de l’actualité des sciences…………………………………………………………………………………………………….7

Seconde partie : Mise en œuvre des deux séquences………………………………………….9

I) Séquence utilisant l’histoire des sciences………………………………………………………………………………………………9A) Place de cette séquence dans le programme de physique de seconde……………………………………………..9B) Description des activités proposées au cours de cette séquence…………………………………………………….9C) Déroulement de la séquence…………………………………………………………………………………………………………………….10 1) Activité utilisant le texte de Galilée…………………………………………………………………………………………………10 a) Résultats de la réflexion personnelle des élèves……………………………………………………………………….10 b) Conclusion sur l’activité portant sur le texte de Galilée………………………………………………………….12

2) Travaux pratiques sur le principe d’inertie utilisant le logiciel Dynamic…………………………………..12 a) Réalisation des travaux pratiques………………………………………………………………………………………………….12 b) Conclusion portant sur la séance de travaux pratiques…………………………………………………………….15

3) Réalisation de l’expérience de pensée de Galilée……………………………………………………………………………16 a) Réalisation de l’expérience……………………………………………………………………………………………………………..16 b) Conclusion à propos de cette expérience………………………………………………………………………………….…19

4) Conclusion sur l’utilisation de l’histoire en classe de seconde pour l’introduction de notions du programme de sciences physiques de la classe de seconde…………………………………………………….21

II) Séquence utilisant l’actualité des sciences se rapportant à la mission Cassini-Huygens…………23A) Place de cette séquence dans le programme de physique-chimie de la classe de seconde……….23B) Description des activités proposées au cours de cette séquence………………………………………………….23C) Déroulement de la séquence……………………………………………………………………………………………………………………26

1) Présentation assistée par ordinateur : De la Terre à Titan en passant par Saturne…………262) Titan : Une Terre primitive au congélateur…………………………………………………………………………………273) Conclusion sur la séquence utilisant l’actualité des sciences……………………………………………………28

Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………………30

Bibliographie…………………………………………………………………………………………………………………….31

Introduction

Je suis affecté cette année en tant que professeur stagiaire au lycée Charles DeGaulle à Dijon où je donne des cours à la classe de seconde 12 dont la totalitédes élèves ont choisi l’option S.E.S. (sciences économiques et sociales) etl’espagnol comme seconde langue vivante.

Au début de l’année, j’ai fais un sondage auprès de mes élèves pour savoir queltype d’études ils envisagent à la sortie de la classe de seconde et j’ai constatéque les trois quarts des élèves veulent faire des études scientifiques.

Malgré l’envie d’aller en classe de première S, les élèves ont du mal à se motiverpour les sciences physiques. En classe les élèves se mettent au travail dès ledébut du cours mais j’observe rapidement que le travail est fait sansenthousiasme et la participation des élèves très faible.

Cette situation ne correspond pas du tout à celle que j’imagine être celle d’uneclasse « idéale » dont je rêve et où les élèves seraient heureux de venir etparticiperaient aux séances de cours avec beaucoup d’enthousiasme.

Suite à ce constat, je m’interroge : Comment se fait-il que des scientifiquespotentiels ne s’intéressent pas aux sciences physiques en tant que telles mais lesenvisagent uniquement comme un passage obligé sur le chemin qui les mèneravers le métier dont ils rêvent ?

La lecture d’un article de la revue La recherche n° 378 de septembre 2004portant sur les manuels de sciences de seconde m’amène à envisager deuxsolutions possibles. La première solution possible consiste à introduire certainesnotions du programme de seconde en utilisant l’histoire des sciences et ladeuxième solution possible va permettre l’utilisation de l’actualité des sciencespour illustrer quelques notions de ce programme.

Dans ce mémoire, je présente les activités que j’ai choisi pour intéresser mesélèves aux sciences physiques et les motiver davantage en classe pour les rendreplus actifs. Je présente également les raisons qui m’ont amené à choisir cesactivités. A la suite de cela, je décris la réaction des élèves pendant ledéroulement des séances qui leur ont été présentées pour pouvoir juger del’utilité du travail réalisé au niveau de la classe.

Première partie : Problématique

A) Situation initiale de la classe La classe qui m’a été attribuée cette année ne pose pas de problème dediscipline particulier, par contre j’observe rapidement un manque de motivationet d’enthousiasme de mes élèves pendant les séances de cours. Les élèvesdoivent être constamment diriger sans initiative de leur part.Cette situation ne correspond pas du tout à la séance de cours telle que jel’envisage où les élèves participent à l’élaboration du cours en prenant autant deplaisir que possible. A ce stade, une question s’impose : Comment intéresser mes élèves et lesamener à participer davantage en classe ?

B) Solutions apportées à la situation rencontrée en classe Comme le dit G. Compayré « La condition essentielle pour que l’instruction soitféconde, c’est qu’elle excite l’intérêt, l’attrait… »1. Je donc choisi en premierlieu de leur proposer des activités attrayantes qui peuvent les captiver et lesamener à s’investir suffisamment pour pouvoir en retirer le bénéfice que jesouhaite, c’est-à-dire l’assimilation d’une nouvelle notion du programme oul’approfondissement d’une notion vue auparavant.

La lecture d’un article de S. COISNE dans la revue La Recherche deseptembre 2004 m’amène à choisir deux solutions susceptibles d’intéresser lesélèves, à savoir : l’histoire des sciences et l’actualité des sciences.

C) Utilisation de l’histoire des sciences L’utilisation de l’histoire des sciences pour introduire des notions de sciencesphysiques n’est pas nouvelle. En effet, « l’enseignement de l’histoire des scienceset des techniques est ancien comme le rappelait N. Hulin au colloque 1981 de laSociété française d’histoire des sciences et des techniques en citantl’instruction de 1890 » où le professeur était invité « à exposer sommairement lamarche qu’a suivi l’esprit humain et les tâtonnements successifs par lesquels ilest passé pour arriver à la découverte de la vérité scientifique »2 .L’intérêt de l’utilisation de l’histoire des sciences pendant le cours de sciencesphysiques est donc reconnu depuis très longtemps. En effet, comme ledit Nicolas Witkowski, « l’histoire des sciences donne aux élèves une image pluspittoresque, plus aisément mémorisable et plus réaliste de la science et deschercheurs »3

1 Cité dans BASSAN V.J., Comment intéresser l’enfant à l’école, 1976, PUF2 AUDIGIER F., FILLON P., Enseigner l’histoire des sciences et des techniques, 1991, I.N.R.P.3 COISNE S., « Que valent les manuels scolaires ? », La Recherche n°378

Suite à une journée de formation disciplinaire portant, entre autres, surl’apport de l’histoire des sciences dans la réalisation de séquences de cours, j’aidécidé pour motiver mes élèves d’utiliser, pour introduire le principe d’inertie, unextrait du texte portant sur cette notion publié par Galilée en 1632 dans« dialogue sur les deux grands systèmes du monde » En effet, cela correspond bien aux recommandations du programme desciences physiques de seconde qui demande de restituer la partie mouvements etforces « dans son contexte historique »4. J’ai donc préparé une séquence de cours où je présente aux élèves une situationproblème permettant d’arriver à l’énoncé du principe d’inertie par les élèvesseuls en s’aidant d’un texte extrait de l’ouvrage de Galilée. La réalisation de cette activité par les élèves nécessitait la connaissance parles élèves de la représentation d’une force et l’influence d’une force sur lanature du mouvement d’un objet et que les élèves ont vu en classe de troisième.J’ai donc préparé une activité pour m’assurer de ces pré requis indispensables àla façon dont je voyais la démarche que devaient effectuer les élèves pourarriver à l’énoncé du principe d’inertie.D’emblé s’est posé un problème que je n’avais pas envisagé : les élèves ne saventpas représenter une force et ne connaissent pas ses caractéristiques de façongénérale. (Deux raisons à cela : soit les élèves ont totalement oublié leur coursde mécanique de troisième, et pour certains de mes élèves je pense que c’est lecas, soit ils n’ont pas eu le temps de finir le programme pour une raison ou uneautre)De toute manière cette activité sur les forces qui devait être une séance derévision, se transforme donc en séance d’introduction des forces pour la plupartdes élèves qui ne connaissent même pas la direction du poids ou la relation qui liele poids à la masse.Au bout de cinquante minutes, j’arrive à atteindre mes objectifs, à savoir :connaissance par les élèves de la représentation d’une force et les effets d’uneforce sur le mouvement d’un mobile.Après cette séance qui a lieu un vendredi, la séquence se déroule en troisétapes :

Première étape : je distribue aux élèves le texte de Galilée avec lequestionnaire qui l’accompagne en leur demandant d’étudier le texte pourrépondre aux questions qui l’accompagnent. J’ai choisi de les laissertravailler sur le texte à la maison car je pense que des élèves de secondeauraient du mal à comprendre ce texte si on ne leur laisse pas le tempsnécessaire de réflexion même si j’ai donné à la fin du texte la définitiondes mots que je pensais pouvoir poser des problèmes à des élèves deseconde.

4 B.O. N°6 du 12 août 1999 hors-série

La séance de cours suivante, j’ai corrigé cette activité documentaire sur le principe d’inertie.

Deuxième étape : En travaux pratiques, les élèves font une simulationavec le logiciel Dynamic de la situation vue dans le texte de Galilée pourarriver à l’énoncé du principe d’inertie.

Troisième étape : Réalisation par les élèves de l’expérience de pensée deGalilée avec lâché de balle sur un plan incliné suivi d’un plan horizontal.L’acquisition se fait à l’aide d’une webcam et le traitement avec le logicielavistep.

D) Utilisation de l’actualité des sciences L’actualité des sciences est utilisée dans le but de rapprocher ce que lesélèves apprennent en cours avec ce qu’ils peuvent retrouver dans les média quisont à leur disposition : télévision, internet, journaux, revues, …Ce qui permet au professeur de physique-chimie d’ancrer les sciences physiquesdans la vie quotidienne et de montrer aux élèves « ce petit supplément d’âme quifait de la science plus qu’un amas de concepts : un sujet passionnant »5.

Le domaine des sciences qui a retenu mon attention est l’astronomie qui estcertainement la discipline qui interpelle le plus les élèves comme d’ailleurs tousles êtres humains depuis la nuit du temps.

Au mois de décembre, mon choix s’est porté sur la mission Cassini-Huygensdont le but, après un périple de sept ans, est d’étudier la planète Saturne et soncortège de satellites, ainsi qu’une plongée du module Huygens dans l’atmosphèredu plus gros satellite de Saturne : Titan. A la fin du cours le vendredi 14 janvier, jour de l’entrée du module Huygensdans l’atmosphère de Titan, j’informe les élèves qu’un événement extrêmementimportant de l’aventure spatiale se déroule en ce moment. Je les interrogeensuite pour savoir s’ils sont au courant de cet événement ; je constate avecplaisir que certains élèves sont au courant de la mission Cassini-Huygens tandisque d’autres confondent cette mission avec la mission Deep-Impact qui doitenvoyer un projectile sur une comète au mois de juillet 2005. Je les invite donc à regarder les actualités le soir en rentrant chez eux et deretenir les informations les plus importantes sur la mission Cassini-Huygens sansoublier d’aller voir sur internet et particulièrement sur le site de l’agence

5 COISNE S., « Que valent les manuels scolaires ? », La Recherche n°378

spatiale européenne. Par chance, tous les journaux du soir font leur ouverturesur le succès de la mission sur Titan. Pour ma séquence sur l’actualité des sciences, je décide de visionner avec mesélèves une émission télévisée (« Question d’actu » diffusée sur la chaîne LCI)que j’ai enregistré et qui porte sur cette mission. Cette émission montrel’immense joie des scientifiques qui ont participé à cette aventure et me permetde montrer à mes élèves que la Science permet d’avoir des joies aussi intensessinon plus que les plus grandes victoires sportives ou autres auxquelles les élèvessont plus sensibles. Après discussion avec quelques collègues, je prends conscience d’un problèmeque je n’avais pas envisagé : les droits d’auteur de l’émission télévisée. N’ayant niautorisation de diffusion publique ni le temps de faire les démarches nécessairespour l’obtenir, je décide de ne pas la diffuser à mes élèves. Par chance, je venais d’avoir, dans le cadre de ma formation à l’InstitutUniversitaire de Formation des Maîtres, une initiation à la présentation assistéepar ordinateur utilisant le logiciel PowerPoint®. J’ai donc réalisé une séquence àl’aide des images publiques de la mission Cassini-Huygens disponibles sur le sitede l’agence spatiale européenne.Pour que cela ne soit pas uniquement une séance de visionnage, j’ai préparé unquestionnaire pour les élèves dans le but de les rendre actifs pendant la séancequi s’est déroulée dans une salle possédant un vidéo projecteur et un tableaublanc interactif. Après cette séquence, j’ai utilisé un article de la revue Ciel & Espace pourpréparer une séance où les élèves auraient à déterminer les représentations deLewis de quelques molécules simples présentes sur Titan et qui correspondentexactement aux molécules qui figurent au programme des élèves de la classe deseconde.

Seconde partie : mise en œuvre et analyse des deux séquences

I) Séquence utilisant l’histoire des sciencesA) Place de cette séquence dans le programme de physique de seconde

Cette séquence se situe dans la partie « l’Univers en mouvement et letemps » juste après le cours sur la relativité du mouvement et les effetsd’une force sur le mouvement d’un corps.

B) Description des activités proposées au cours de cette séquence Le texte de Galilée permet l’introduction du principe d’inertie à

partir d’une expérience de pensée s’appuyant sur le dialogue entreSalviati et Simplicio dont voici le texte :

Galilée et l’inertie

Extrait du « dialogue sur les deux grands systèmes du monde » de Galilée (1632). (les mots suivis d’unastérisque sont définis à la fin du dialogue)« -Salviati : Donc, dites-moi : si vous aviez une surface plane, polie comme un miroir et d’une matière durecomme l’agathe, et qui soit, non point parallèle à l’horizon, mais quelque peu inclinée, et que sur cette surfacevous posiez une balle parfaitement sphérique et d’une matière grave* et extrêmement dure comme, par exempledu bronze, et qu’elle soit lâchée en liberté, que croyez-vous qu’elle fera ? Ne croyez-vous pas (comme je lecrois), qu’elle restera immobile ?-Simplicio : Si cette surface était inclinée ?-Salviati : Oui, car c’est ainsi qu’on la suppose être.-Simplicio : Moi je ne crois pas qu’elle s’arrête aucunement, mais je suis sûr qu’elle se mouvra spontanémentvers l’inclinaison.-Salviati : Et combien durera le mouvement de cette balle et avec quelle vitesse ? Remarquez bien que j’ai ditune balle parfaitement ronde et un plan parfaitement lisse...-Simplicio : Je l’ai très bien compris ; et , à votre question je réponds que cette balle continuera à se mouvoir« in infinito »* pourvu que le plan s’étende ainsi ; elle aura un mouvement continuellement accéléré.(…)-Salviati : Ainsi … vous dites que, sur un plan incliné le mobile grave descend spontanément et va ens’accélérant constamment… Or dites-moi ce qui arrivera au mobile sur une surface qui ne serait (pas) inclinée… ?-Simplicio : Ici il faut que je pense un peu à la réponse. La surface n’ayant pas de déclivité* …il me semblequ’elle devra rester naturellement arrêtée (au repos).-Salviat : Je le crois aussi lorsqu’on la pose immobile ; mais si un « impetus »* vers quelque côté lui était donné,que s’ensuivrait-il ?-Simplicio : Il s’ensuivrait qu’elle se mouvrait vers ce côté.-Salviati : Mais quel sera ce mouvement ? continuellement accéléré comme sur le plan incliné, ousuccessivement retardé comme sur (un plan) ascendant ?-Simplicio : Je ne vois aucune cause d’accélération ni de retard pour ce qu’il n’y a ni déclivité ni acclivité*.-Salviati : Sans doute ; mais s’il n’y a pas de cause de retard, bien moins encore doit-il y avoir de caused’immobilité ; combien longtemps donc estimez-vous que le mobile continuera à se mouvoir ?-Simplicio : Aussi longtemps que durera cette surface qui ne s’abaisse ni ne s’élève.-Salviati : Par conséquent, si la surface était sans terme, le mouvement serait éternel ?-Simplicio : Il me semble.»

grave : densein infinito : indéfinimentimpetus : impulsiondéclivité : descenteacclivité : montée

L’activité support et les questions qui amènent les élèves à l’énoncé du principe d’inertie sont joints au texte (cf. annexe 1).

Les travaux pratiques permettent à partir de simulations d’énoncerle principe d’inertie (cf. annexe 2).

Enfin, la réalisation effective de cette expérience de pensée permetde vérifier le principe d’inertie dans la réalité.

C) Déroulement de la séquence1) Activité utilisant le texte de Galilée (cf. annexe 1)

Je corrige avec les élèves cette activité qu’ils avaient à faire chez eux.

a) Résultats de la réflexion personnelle des élèves Question 1 : Pourquoi Salviati fait-il le choix d’unplan parfaitement lisse et d’une balle parfaitementronde ?Cette question ne pose absolument pas de problème aux élèves quiexpliquent ce choix dans le but de négliger les effets dufrottement entre le plan et la balle ; je n’insiste pas plus sur cettequestion.

Question 2 : Quel est le référentiel le plus adapté pourétudier le mouvement de la bille ?La très grande majorité des élèves cite un référentiel lié au plan ;quelques uns parlent de référentiel terrestre. J’en profite pourleur montrer que dans le cas qui nous intéresse ces deuxréférentiels sont identiques.

Question 3 : Dans ce référentiel et en vous aidant dutexte de Galilée, quelle est la nature du mouvementde la bille sur le plan incliné ?Les élèves qui ont répondu à cette question, donnent tous la bonneréponse qui est donnée clairement dans le texte.

Question 4 : Dans ce référentiel et en vous aidant dutexte de Galilée, quelle est la nature du mouvementde la bille sur le plan horizontal ?Mis à part quelques uns, les meilleurs par ailleurs, les élèves ontrépondu que le mouvement de la balle est ralenti. Je demande àAntoine qui a donné la bonne réponse de communiquer sa réponse àla classe en la justifiant. Je constate avec plaisir qu’il aparfaitement bien compris la partie du texte correspondant au

mouvement de la balle sur le plan horizontal. Par contre, je ressensque les élèves ne sont pas convaincus par la réponse de Simpliciomême après une explication de texte. Je leur explique que c’estnormal et que jusqu’à Galilée quelques uns des plus grands savantsde l’histoire humaine pensaient comme eux. Je leur annonceégalement qu’aux prochains travaux pratiques de physique ilssimuleront la situation décrite ici.

Question 5 : Dans les deux cas, quelles sont les forcesappliquées à la bille ?Tous les élèves ont donné la bonne réponse.

Question 6 : Dans quel cas se compensent-elles ?Sur le plan incliné, aucun élève n’a représenté la réaction du planperpendiculaire à celui-ci. Dans les deux cas, les élèves ontreprésenté les deux forces avec une direction verticale.Je leur rappelle donc ce que je leur avais expliqué dans l’activitépréparatoire à cette séquence : lorsqu’il n’y a pas de frottementsla force exercée par le plan est perpendiculaire à celui-ci. Ensuiteun élève passe au tableau et représente cette force. La réponse àla question leur semble maintenant évidente : les deux forces ne secompensent pas sur le plan incliné.

Question 7 : Quelle est la nature du mouvement de labille dans le cas où les forces appliquées secompensent ?Comme les élèves n’ont pas répondu correctement à la questionprécédente, je leur demande de chercher la solution maintenantqu’ils ont la réponse à la question précédente. Ce qui ne leur posepas de problème.

Question 8 : Que peut-on dire des forces appliquées à labille si elle est au repos sur un plan horizontal ?Cette question ne pose pas de problèmes aux élèves car ils ontrencontré cette situation dans l’activité préparatoire à cetteséquence.

Question 9 : A l’aide des réponses données aux deuxdernières questions, dire en une phrase la nature dumouvement d’un objet lorsque les forces auxquellesil est soumis se compensent.La réponse correcte nécessitant une bonne capacité de rédactionseuls les élèves les plus à l’aise pour rédiger énoncent

correctement ce que je leur présente comme étant le principed’inertie.

b) Conclusion sur l’activité portant sur le texte de Galilée A la fin de cette séance, je constate que les élèves après un travail personnel et une explication de texte collective ont bien compris le texte mais ils ne sont pas convaincus de la véracité du principe d’inertie. Comme je l’ai annoncé aux élèves à ce moment, il est indispensable que les élèves puissent faire des manipulations expérimentales qui leur permettront de constater que le principe d’inertie s’applique bien dans la réalité.

Je décide donc d’utiliser le logiciel de simulation Dynamic qui va permettre de mettre en œuvre le principe d’inertie (Ce logiciel est disponible sur le site de l’académie de Nantes).

2) Travaux pratiques sur le principe d’inertie utilisant le logiciel DynamicCes travaux pratiques sont adaptés des travaux pratiques réalisés pardes collègues professeurs de l’académie de Nancy-Metz et dont on peuttrouver l’original de l’énoncé sur le site pédagogique sur les sciencesphysiques de l’académie de Nancy-Metz.

Avant de commencer la séance, je signale aux élèves que le logicielDynamic va nous permettre de simuler des situations réelles car il tientcompte de toutes les lois de la physique nécessaires à notre étude.Cependant, les simulations réalisées ne vérifient pas les lois de laphysique mais permettent de les mettre en œuvre.

a) Réalisation des travaux pratiques (cf. annexe 2)Après une prise en main du logiciel, la première partie destravaux pratiques permet aux élèves de simuler des expériencespermettant de déterminer l’influence d’une force sur la nature dumouvement d’un objet.Ensuite, ils attaquent la partie la plus importante de la séance :vérification du principe d’inertie qui se décomposent en troiscas :

Premier cas : un objet est immobile sur une table

Je laisse le temps nécessaire pour que tous les élèvespuissent représenter les deux forces appliquées à l’objet enrappelant à ceux qui ont du mal à le faire de se souvenir dece qu’ils ont vu dans les deux activités précédentes (représentation d’une force et texte de Galilée).

Il est dit dans l’énoncé que les forces auxquelles est soumisl’objet se compensent et l’objet étant immobile au départ,l’objet reste immobile et les élèves en concluent que desforces qui se compensent n’ont aucune influence sur lanature du mouvement d’un objet immobile.Ce cas permet donc d’introduire le cas particulier duprincipe d’inertie où la vitesse de l’objet est nulle.

La simulation permet de confirmer l’immobilité de l’objet ceque tous les élèves arrivent à faire après que j’ai aidé lesélèves à donner aux deux forces des intensités égales ce quiest tout à fait normal pour des élèves qui manipulent pour lapremière fois le logiciel Dynamic.

Deuxième cas : un objet posé sur une table avec une vitesse initialePour certains élèves la prévision du mouvement de cet objetpose des problèmes, ils pensent que l’objet va finir pars’arrêter. Ou bien l’activité avec le texte de Galilée a étéoubliée ou bien les élèves ont du mal à faire le lien entrecette situation et l’activité avec le texte de Galilée qui l’aprécédé.

Sans faire de correction, je demande à tous les élèves defaire la simulation de ce cas et de comparer la trajectoireobtenue à celle qu’ils avaient prévu.

Le tracé de trajectoire obtenu ils n’ont aucune difficulté àvoir qu’il s’agit d’un mouvement rectiligne uniforme :

La justification pose des problèmes aux élèves. Je demandedonc aux élèves ce qui a changé par rapport au premier caset ce qui reste identique.

Cette question permet aux élèves de voir que le seulchangement par rapport au cas précédent est la vitesse del’objet qui n’est plus nulle et que les forces appliquées àl’objet se compensent toujours. Ce qui constitue l’explicationdu mouvement rectiligne uniforme de l’objet.

Je suis un peu déçu car certains élèves n’ont pas pu justifierla mouvement de l’objet sans que je les aide en faisant le lienavec le cas précédent.

Maintenant, je pense que j’aurais dû ajouter cette question àl’énoncé en la plaçant avant la question 2-c) et je le ferais sije devais refaire cette séance avec une classe de seconde.

Après l’étude de ce cas les élèves sont familiarisés avec lecas général du principe d’inertie.

Troisième cas : un objet soumis à aucune force et avec vitesse initialeCertainement le cas le plus intéressant. Même les élèves quiavaient fait une bonne prévision dans le cas précédent ontdes difficultés dans le cas où il y a absence de forcesappliquées : ils me répondent que l’objet va finir pars’arrêter.

Je leur demande alors de faire la simulation comme c’estindiqué dans l’énoncé des travaux pratiques.Les élèves semblent complètement surpris de voir que latrajectoire obtenue se superpose parfaitement avec celleobtenue dans le cas où les deux forces se compensent.Ce cas permet donc d’introduire une notion nouvelle pour lesélèves : l’équivalence entre « forces qui se compensent » et« absence de forces ».Pour respecter le programme, je n’indique pas aux élèves quemathématiquement c’est une conclusion évidente sachant quedeux vecteurs opposés ont une somme nulle.

Exploitation :Cette partie permet aux élèves d’énoncer le principed’inertie. Les élèves les plus à leur aise en physique n’ont pasde mal à l’énoncer et à ceux qui n’y arrivent pas je leurdemande de s’aider des justifications données dans les deux

premiers cas étudiés dans la partie précédente pourrépondre à cette question.

En insistant, les élèves finissent par arriver à énoncer leprincipe d’inertie.Ceci montre clairement que certains élèves ont oubliérapidement l’énoncé du principe d’inertie dans l’activitéutilisant le texte de Galilée.

Les deux questions suivantes ont pour but de montrer si lesélèves ont bien compris les conclusions tirées de la partieprécédente. Même à l’approche de la fin de la séance laplupart des élèves font l’effort de répondre à ces questionset j’invite les autres à faire de même pour pouvoir termineravant la sonnerie de fin de cours.

J’interroge ensuite les élèves qui ont fourni la bonneréponse pour la donner à la classe entière.Pour la dernière question les élèves répondent que pour lesdeux premiers cas il est possible de réaliser une expérienceen laboratoire mais pour le dernier cas « ils ne savent pas ».J’indique aux élèves que le cas où l’objet n’est soumis àaucune force n’est pas envisageable car dans la réalité aucunobjet n’est dans ce cas. Tout objet situé dans un laboratoireest soumis au moins à l’action de la Terre, c’est-à-dire à sonpoids.

b) Conclusion portant sur la séance de travaux pratiquesCette séance a permis aux élèves de vérifier le principe d’inertieet de plus l’utilisation du logiciel leur a permis de voir quel’application de forces qui se compensent à un objet étaitéquivalente au fait de ne pas appliquer de forces ce qu’il n’est paspossible de faire dans la réalité où tout objet est soumis à desforces.Après discussion, les élèves font le lien avec le texte deGalilée (la balle du texte correspondant à l’objet de la simulationet la table au plan horizontal ; la vitesse initiale de l’objet estreliée à la vitesse de la balle en bas du plan incliné).

Je constate tout de même que des élèves ont du mal à faire desprévisions de mouvement correcte dans une situation proche de

celle qu’ils ont rencontré avec le texte de Galilée. Je pense quec’est dû au fait que leur attention était entièrement accaparéepar le logiciel Dynamic qu’ils utilisaient pour la première et qu’ilsétaient impatients de faire les simulations correspondant àchaque situation plutôt que de réfléchir suffisamment à chaquecas.

En conclusion, les élèves ont observé au cours de cette séanceque le mouvement d’un objet soumis à des forces qui secompensent est rectiligne uniforme même si certains élèvesparlent de mouvement « uniforme » en oubliant de citer la naturede la trajectoire qui est rectiligne. Je pense cependant que celapeut se corriger en effectuant des exercices.

A la fin de cette séance, je ne suis pas convaincu d’avoirtotalement persuadé les élèves. Je décide donc de mettre enpratique ce que j’ai appris au cours de ma formation disciplinaireà l’Institut Universitaire de Formation des Maîtres surl’acquisition et le traitement d’images en réalisant l’expérience depensée de Galilée avec les élèves.

3) Réalisation de l’expérience de pensée de GaliléeLe but de cette séance, d’une durée d’une vingtaine de minutes,est depermettre aux élèves d’observer que le principe d’inertie s’applique biendans la réalité. Pour cela, on réalise l’expérience qui a servit deprétexte à l’introduction du principe d’inertie en utilisant le textehistorique extrait du « dialogue sur les deux grands systèmes dumonde » de Galilée.L’expérience est filmée à l’aide d’une webcam

a) Réalisation de l’expérienceJ’ai réalisé cette expérience avec les élèves au cours de laséance de cours qui a suivi les travaux pratiques réalisés au coursde la séance précédente.

Pour réaliser cette expérience, j’ai réalisé un dispositif simple composé de deux planches correspondant au plan incliné et au plan horizontal ; après plusieurs essais que j’ai effectué avant cette séance j’ai choisi d’utiliser une balle de tennis car elle permet d’avoir un rebond assez faible à la fin du plan incliné par rapport à une bille métallique plus dense.

Après de nombreux essais, j’ai décidé de régler l’acquisition de la webcam sur 30 images par seconde pour ne pas avoir un effet de saut de la balle dû à une perte d’images de la balle. Cependant avec ce réglage un autre problème apparaît. Ce problème consiste en l’apparition du logo philips pendant quelques instants à la place du film de l’expérience qui est en train de se dérouler. Ce logo disparaît au bout de quelques instants mais cela empêche l’enregistrement des premiers instants de l’expérience c’est-à-dire le roulement de la balle sur le plan incliné. A cet instant de la préparation la séance, je n’obtiens qu’un film dans lequel on ne voit que le mouvement de la balle sur le plan horizontal.

Ce problème a été également rencontré par mes collègues professeurs de sciences physiques sans qu’ils puissent apporter de solution. Je n’ai pas non plus trouvé de solution à ce problème mais je l’ai contourné en ne lâchant la balle qu’après la disparition du logo philips et en augmentant la durée d’enregistrement. L’enregistrement se fait sur ordinateur.

Un élève, Matthieu, a accepté de venir au bureau pour effectuer le lâché de balle pendant que j’effectue l’acquisition et en donnant à Matthieu le top lui indiquant qu’il faut lâcher la balle au moment où le logo philips disparaît de l’écran. J’effectue ensuite l’enregistrement du fichier obtenu en mode « avi » pour permettre de réaliser son traitement avec le logiciel avistep. Les deux images ci-dessous correspondent à cet enregistrement :

Document 1

L’image du document 1 montre la balle sur le plan incliné quelquesinstants après que Matthieu a lâché la balle.

L’image du document 2 montre la balle sur le plan horizontal.

Document 2

Je propose aux élèves que l’un d’eux vienne faire le pointage du centre de la balle au cours de son mouvement sur les deux plans.

Lucille se propose pour faire le pointage, ce qu’elle n’a aucun mal à faire car tous les élèves ont déjà effectué des pointage lors de l’étude du mouvement d’objets à l’aide du logiciel CD-MOVIE. Lorsqu’elle a fini de faire le pointage, je masque l’image pour ne conserver que la trajectoire de la balle sur un fond blanc qui permet aux élèves de mieux voir la nature du mouvement de la balle sur les deux plans.

L’image ci-dessous a été réalisée après traitement avec le logiciel avistep :

Les élèves voient très bien à ce moment et sans aucun doute que la balle a un mouvement rectiligne accéléré sur le plan incliné et un mouvement rectiligne uniforme sur le plan horizontal. Je fais remarquer aux élèves que la déformation de la trajectoire de la balle au début du plan horizontal est dû au rebond de la balle lorsqu’elle passe du plan incliné au plan horizontal.

b) Conclusion à propos de cette expérienceCette expérience a constitué la conclusion de toute la séquencebasée sur l’histoire des sciences.

J’aurais pu traiter cet enregistrement en utilisant le logicielvirtualdub pour le couper en conservant uniquement la partie quicorrespond au roulement de la balle sur le plan incliné et le planhorizontal. Mais cette étape prend un certain temps qui memanquait, j’ai donc décidé d’utiliser l’enregistrement tel qu’il est.

La salle multimédia étant occupée par des travaux pratiques del’option Mesures Physiques et Informatique (M.P.I.) cetteexpérience a été réalisée dans une classe sans équipementinformatique ; j’ai donc utilisé le seul ordinateur mobile de monétablissement ce qui m’a empêché de réaliser l’acquisition del’expérience au bureau et un traitement de l’enregistrement parles élèves en groupes.

L’écran de l’ordinateur étant bien sûr trop petit pour quel’enregistrement soit visible par tous les élèves dans la salle, j’airelié l’ordinateur à une télévision par l’intermédiaire d’unadaptateur pour que tous les élèves puissent voirl’enregistrement dans de bonnes conditions.

La qualité de l’enregistrement n’est pas très bonne mais ellesuffit amplement pour un traitement à l’aide du logiciel avistep.

Cette expérience a permis aux élèves de constater de visu que leprincipe d’inertie s’applique bien dans la réalité dans le cas où lesforces appliquées au mobile se compensent. Alors qu’après l’étudedu texte historique de Galilée, le principe d’inertie était unenotion abstraite admise après la lecture du texte. De plus aucours de cette séance, les élèves ont été bien plus attentifs qued’habitude.

Au cours du devoir surveillé qui a porté sur l’application duprincipe d’inertie, les élèves ont eu à résoudre un exercice où lasituation était analogue à celle étudiée ici (cf. annexe 3) .Pendant cette évaluation, les élèves ont eu à réinvestir toutes lesnotions vues pendant la séquence décrite ici.Les résultats de la classe furent bons. Sur les 27 élèves présents( deux élèves étant absents ce jour-là), une élève a eu note de9,5 sur 20, 33 % des élèves ont eu une note entre 10 et 14 et63% des élèves ont eu une note supérieure à 14.

4) Conclusion sur l’utilisation de l’histoire en classe de seconde pour l’introduction de notions du programme de sciences physiques de la classe de seconde Il est intéressant d’utiliser l’histoire des sciences pour introduire des

notions de sciences physiques pour permettre aux élèves d’avoir une idée del’évolution des idées en physique et en chimie.Par contre les difficultés de compréhension rencontrées par certains élèves lorsde l’étude du texte historique de Galilée m’imposent dans le cas d’une futureutilisation de ce texte à ce niveau de le réadapter complètement à un public dejeunes élèves de classe de seconde pas forcément intéressés par la lecture d’untexte historique donné tel quel. Cette réécriture en langage d’aujourd’huipermettrait d’éviter de masquer le raisonnement physique par une formulationqui peut paraître obscure à des élèves de niveau seconde.

Je ne considère donc pas l’utilisation du texte extrait « du dialogue sur les deuxgrands systèmes du monde » que j’ai réalisé comme une réussite du fait qu’il aposé des difficultés à certains élèves car il n’était pas adapté du point de vue duvocabulaire à des élèves de seconde.

Je n’ai pas abandonné pour autant l’idée d’utiliser l’histoire des sciences commemoyen d’introduire quelques notions du programme de seconde. En effet, justeaprès cette séquence, j’ai étudié avec mes élèves la classification périodique deséléments qui est peut être le cas idéal où l’utilisation de l’histoire des sciencess’impose d’elle-même.

J’ai en effet adapté des travaux pratiques utilisant des cartes avec quelquespropriétés des premiers éléments de la classification périodique grâceauxquelles les élèves, en reprenant la démarche de Mendeleïev, ont classé leséléments suivants l’ordre croissant des masses atomiques.

Ces travaux pratiques ont été vécus par les élèves comme un jeu ce qui a facilitél’introduction de la méthode moderne de classification périodique des élémentssuivant l’ordre croissant du numéro atomique. Ceci montre bien qu’une utilisationefficace de l’histoire des sciences peut rendre une séquence de coursextrêmement intéressante pour les élèves et par la même les motiver davantageà travailler en classe ce qui ne peut qu’être bénéfique pour le déroulement et lacompréhension d’une séquence de cours.

L’histoire des sciences a ici une « utilité culturelle permettant de montrer que lascience se construit »6 au cours de l’histoire humaine et permet de mettre en 6 AUDIGIER F., FILLON P., Enseigner l’histoire des sciences et des techniques, 1991, I.N.R.P.

évidence les différents acteurs qui ont eu un rôle dans cette construction. Lascience est ainsi liée aux autres activités humaines, ce qui la rend d’une certainefaçon plus proche des élèves, et plus seulement une discipline aseptiséeconstituée uniquement de principes et d’équations sans liens avec la réalitéproche des élèves.

Si je devais donc refaire une séquence pour introduire le principe d’inertie, jeprésenterais d’abord aux élèves la situation à la base de l’activité utilisant letexte de Galilée et représentée ci-dessous :

Je demanderais ensuite aux élèves de déterminer la nature du mouvement de laballe sur le plan incliné et sur le plan horizontal et de préciser le référentieladapté à l’étude de son mouvement. Ceci dans le but «de confronter lesreprésentations ou connaissances des élèves aux informations du texte » deGalilée qui leur sera distribué après qu’ils ont répondu aux questions ci-dessusdans le but « de créer un conflit cognitif »7.

Ce n’est qu’après avoir créé ce conflit, que je demanderais aux élèves dedéterminer et représenter les forces appliquées à la balle dans les deux cas. Jeterminerais ensuite en leur demandant la nature du mouvement d’un objetlorsque les forces qui lui sont appliquées se compensent.

Les travaux pratiques seraient ensuite effectués par les élèves comme lors de laséance que j’ai réalisé cette année mis à part les changements dans l’énoncé quej’ai signalé dans la partie correspondant aux travaux pratiques sur le principed’inertie.Quant à la séance pendant laquelle l’expérience de pensée de Galilée est réalisée,elle dépendra du matériel présent dans l’établissement où j’exercerai.

II) Séquence utilisant l’actualité des sciences se rapportant à la missionCassini-Huygens

7 AUDIGIER F., FILLON P., Enseigner l’histoire des sciences et des techniques, 1991, I.N.R.P.

Cette séquence a pour but principal de changer le regard porté par les élèvessur les sciences physiques en leur montrant que ce sont des sciences vivantestotalement intégrées dans notre vie et qu’ils permettent à l’homme d’explorer lemonde qui l’entoure. Cette séance doit aussi me permettre d’évoquer lessentiments ressentis par les élèves

A) Place de cette séquence dans le programme de physique de secondeCette séquence se compose de deux parties distinctes ; chacune étantréalisée pendant une séance de cinquante minutes.

Première partie : Cette séance permet de présenter la missionCassini-Huygens dans un but culturel et d’appliquer les résultatsobtenus dans les séquences précédentes (relativité du mouvement,effets d’une force sur le mouvement d’un mobile et principed’inertie)

Deuxième partie : Cette séance permet aux élèves de réinvestir lesnotions vues en cours sur les édifices chimiques ( règles du duet etde l’octet, représentations de Lewis d’une molécule) ainsi qued’introduire la notion d’isomérie à partir de la molécule de butane.

B) Description des activités proposées au cours de cette séquence L’activité décrivant la mission Cassini-Huygens (cf.

Document powerpoint dans le CD-ROM joint au mémoire) aété réalisée à l’aide du logiciel powerpoint. Ceci a remplacél’émission « Question d’actu » de la chaîne L.C.I. que je n’aipas pu montrer aux élèves du fait d’un problème de droitd’auteur.J’ai donc été obligé de réaliser une présentation qui puisseêtre attrayante pour les élèves tout en exigeant de leurpart une participation active à la séance.

Cette séance est constituée d’une série de diapositivescomposées de photos de la mission Cassini-Huygens et detextes décrivant les différentes étapes de la mission.La participation des élèves est garantie par unquestionnaire qui leur a été distribué en début de séanceet dont voici le texte accompagné de la trajectoire de lasonde dans son périple dans le Système Solaire ainsi que lacourbe représentant la vitesse de la sonde au cours dutemps :

De la Terre à Titan en passant par Saturne

1) Quel est le référentiel le plus adapté dans lequel est étudié le mouvement de la fusée Titan IV pendantla phase de décollage ?

2) Quel est le référentiel le plus adapté dans lequel est étudié le mouvement de la sonde Cassini-Huygenspendant chacune des phases suivantes ? :

a) sur le trajet qui la mène de l’orbite terrestre à l’orbite autour de Saturne. b) lorsqu’elle est en orbite autour de Saturne ?3) Quelle est la nature de la trajectoire qui mène la sonde de la Terre à son orbite sur Titan sur le document

1 ?4) En utilisant le principe d’inertie, que pouvez-vous dire des forces qui s’appliquent à la sonde ?5) Que constatez-vous sur la première partie du document 2 ?6) Dire, en utilisant le document 1, quelles peuvent être les causes des changements remarqués à la

question précédente.7) Quel est le référentiel dans lequel est déterminée la vitesse de la sonde Cassini-Huygens ?8) Les informations recueillies par la sonde sont envoyées sur Terre sous forme d’ondes radios. Sachant que les ondes radios se déplacent à la vitesse de la lumière et que Saturne est située a une distance d’un milliard et deux cents millions de kilomètres de la Terre , quel est le temps mis par les ondes radios pour parvenir sur Terre ? Sachant cela, pensez-vous qu’en cas de problèmes les scientifiques sur Terre peuvent agir immédiatement sur le comportement de la sonde ? Conclusion.9) Sur la photo en fausses couleurs , à quoi correspond d’après-vous la partie de couleur bleue ?10) Quel est le rôle du bouclier thermique du module Huygens lors de sa descente sur Titan ?11) Sachant que la température au sol est de –180 °C, est-ce que les fleuves et la mer observés sur Titan

sont constitués d’eau ?12) Qu’observez-vous sur le sol de Titan ?13) A quoi vous fait penser la surface de Titan ?14) A quoi est due, d’après-vous, la forme des rochers ?

La deuxième séance se situe après des travaux pratiques

sur la structure spatiale de quelques molécules simplesutilisant le logiciel chemsketch et une séance de cours oùles élèves ont été amenés à découvrir le lien entre lenombre de liaisons réalisées par un atome et le nombred’électrons qui lui manquent pour avoir une structureélectronique stable (c’est-à-dire les règles du duet et de

Doc. 1

Vitesse de la sonde Cassini par rapport au Soleil

Doc. 2

l’octet). De plus les élèves ont déterminé la représentationde Lewis de quelques molécules en utilisant la méthodedonnée dans le document d’accompagnement du programmede seconde et qui est donnée ci-dessous :

Méthode pour déterminer la formule de Lewis d’une molécule : Ecrire le nom et la formule brute de la molécule. Ecrire la configuration électronique en différentes couches de chaque

atome. Trouver le nombre d’électrons ne de la couche externe de chaque atome. Trouver le nombre total nt d’électrons externes intervenant dans la molécule

en faisant la somme des différents ne. Trouver le nombre total nd de doublets liants et non liants en divisant par 2

le nombre total d’électrons externes nt . Répartir les doublets de la molécule en doublets liants (liaisons covalentes)

ou en doublets non liants en respectant : La règle du « duet » pour l'atome d'hydrogène. La règle de l'octet pour les autres atomes.

J’ai donc distribué aux élèves le document donné ci-dessous et que j’ai adapté d’un article de la revue Ciel et Espace avec pour instructions de lire le texte et de répondre aux questions jointes:

Titan :une Terre primitive au congélateur

« La quête de nos origines passe par Titan. Seul satellite du Système solaire à

posséder une atmosphère, il est le siège d’une chimie complexe qui s’est

peut-être avancée sur le chemin de la vie.

Comme la Terre son atmosphère est essentiellement composée de diazote. Son atmosphère quatre fois plus épaisse que celle de la Terre est riche en méthane comme l’était celle de la planète bleue avant l’apparition de la vie et surtout elle est chimiquement active. Sur Terre cette chimie prébiotique aurait joué un rôle essentiel dans l’apparition de la vie… Avant de s’effacer complètement devant la biochimie, qui a depuis complètement modifié l’atmosphère de notre planète ! Titan est ainsi proche de la Terre primitive à ceci près que sa température au sol est d’environ –180 °C. Cette température empêche bien sûr un développement de la vie similaire à ce que la Terre a connu du fait de l’absence d’eau liquide remplacée par du méthane liquide. Cependant une vingtaine de composés organiques ont déjà été détectés sur Titan. Le méthane bien sûr mais aussi l’eau à l’état solide, l’ammoniac, l’éthane, l’acétylène (C2H2) , le propane (C3H8), du butane (C4H10)… et le fameux acide cyanhydrique (HCN), la molécule magique de la chimie prébiotique qui plongée dans l’eau peut fabriquer de l’adénine, une des quatre bases de notre ADN. »

D’après Ciel et Espace, n°416, dossier plongée sur Titan réalisé par David Fossé.

Questions :1) Quel est le composant essentiel de l’atmosphère de Titan ?

L’atmosphère deTitan

Rivières deméthane

2) Pourquoi dit-on à propos de Titan qu’il s’agit d’une Terre aucongélateur ?

3) Qu’est ce qui empêche un développement de la vie sur Titan similaire àce que la Terre a connu ?

4) Comment nomme-t-on l’eau à l’état solide ?5) Pourquoi parle-t-on de molécule magique à propos de l’acide

cyanhydrique ?6) Quelles sont les molécules présentes sur Titan ?7) Donner, lorsque ce n’est pas indiqué dans le texte, leur formule

chimique (formule brute) .8) En vous aidant de la méthode donnée en cours, déterminer la

représentation de Lewis de toutes les molécules citées dans le texte.9) Que constatez-vous pour la molécule de butane ?

C) Déroulement de la séquence1) Présentation assistée par ordinateur : De la Terre à Titan en passant

par SaturneCette séance d’une durée de cinquante minutes se déroule dans unesalle équipée d’un vidéo projecteur et d’un tableau blanc interactif.Au début de cette séance, je questionne les élèves à propos de ce qu’ilsont retenu de la mission Cassini-Huygens qu’ils ont vu à la télévision etsur internet pour certains. J’apprends au cours de cette discussion queles élèves se sont renseignés sur la mission en regardant les journauxtélévisés ou les sites internet que je leur avaient conseillé ( site de laNASA et le site l’ESA).

Je les informe ensuite que la séance d’aujourd’hui va consister àappliquer ce que nous avons étudié jusqu’à maintenant en physique.

Les premières diapositives de la présentation assisté par ordinateur ontpour but de donner une description de la mission Cassini-Huygens :

• Description de la sonde et du module d’entrée dans l’atmosphèrede Titan

• Description du lancement de la mission• Justification des noms de la sonde et du module (brève

description des découvertes des astronomes Jean-DominiqueCASSINI et Christiaan HUYGENS)

Les deux premières questions ont pour but de déterminer lesréférentiels utilisés pour étudier le mouvement de la sonde au cours deson périple dans le système solaire. Le référentiel héliocentrique, quej’ai rapidement évoqué en cours, a bien été cité comme référentiel

Blocs d’eau solide

adapté à l’étude du mouvement de la sonde dans le système solaire. J’aiaussi apprécié le fait que les élèves citent le référentiel lié au centrede la planète Saturne pour l’étude du mouvement de la sonde dans lesystème saturnien.Les élèves ont ensuite utilisé le principe d’inertie pour justifier le faitque les forces appliquées à la sonde ne se compensent pas car latrajectoire de la sonde n’est pas rectiligne et le mouvement nonuniforme en utilisant les deux documents joints au questionnaireintitulé « De la Terre à Titan en passant par Saturne ». L’accélérationde la sonde a été bien justifiée par la proximité des planètes Vénus ouJupiter suivant le cas en observant la trajectoire de la sonde.Par contre, la durée mise par les ondes pour parvenir sur Terre a posédes problèmes à certains élèves qui ont encore du mal à calculer unedurée à partir de la donnée de la vitesse et de la distance.Les autres questions n’ont pas posé de problème particulier aux élèvesmis à part la justification de la forme des rochers due à l’érosion.

Cette séance a été sans aucun doute celle au cours de laquelle lesélèves ont été le plus intéressés depuis le début de l’année scolaire ;pour preuve même après la sonnerie de fin de cours les élèves n’ont pasbougé de leurs chaises.

En effet, en plus de l’utilisation de cette séquence comme moyen deréinvestissement de notions étudiées précédemment, j’en ai profitépour évoquer avec mes élèves les applications de la science dans ledomaine spatial ainsi que la science en marche. J’ai également insistésur l’aspect historique de cette mission ainsi que sur les prouessestechniques mises en œuvre pour la réussite de la mission Cassini-Huygens.

2) Titan : une Terre primitive au congélateurAu cours de cette séance, les premières questions qui portent sur lacompréhension du texte ne posent pas de problèmes particuliers à mesélèves qui sont intéressés par cette activité. Je suis persuadé de leurintérêt par le fait qu’ils répondent rapidement aux questions alors quecette séance se déroule en fin de journée le vendredi de la veille desvacances de février.Ces premières questions jouent bien le rôle que j’avais envisagé enpréparant cette activité, à savoir intéresser les élèves au travail qu’ilsont à effectuer. Après cette partie, les élèves sont prêts à attaquer lapartie essentielle de cette activité qui va les amener à déterminer les

représentations de Lewis des molécules et introduire la notiond’isomérie.Les élèves citent ensuit les molécules présentes dans l’atmosphère deTitan.La détermination des formules chimiques (formules brutes) decertaines de ces molécules ne leur posent pas de problèmes car nous lesavions déterminé au cours de la séance de travaux pratiques utilisant lelogiciel chemsketch ( ce logiciel est inclus dans le CD-Rom joint).Pour terminer, les élèves déterminent, en utilisant la méthode déjà vue,les représentations de Lewis de toutes ces molécules. Je remarque aveccette question que certains élèves, pas nombreux bien sûr, ont très biencompris la méthode qu’ils avaient vue en cours. Mais la majorité desélèves a encore besoin d’aide pour retrouver les représentations deLewis des Molécules.Pour la dernière question, les élèves ne remarquent pas que la moléculede butane possède deux représentations de Lewis possibles.Je pense que j’aurais dû formuler ma question autrement. J’aurais dûdemander aux élèves de déterminer les deux représentations de Lewispossibles pour cette molécule. Ensuite, j’aurais pu demander aux élèvesce qu’ils pouvaient en conclure ; c’est-à-dire que certaines molécules ontplusieurs représentations de Lewis possibles. Ce qui me permettaient defaire découvrir la notion d’isomérie par les élèves.

3) Conclusion sur la séquence utilisant l’actualité des sciencesPour motiver les élèves, j’ai essayé à la fin de la séquence de montrer

aux élèves qu’ils pouvaient avoir un rôle à jouer dans des missions de ce type carelles proposent des opportunités de travail dans d’innombrables domaines que cesoit la physique, la chimie, l’informatique, la biologie, l’astronomie…Lorsque je demande aux élèves si un travail dans le domaine de l’aérospatiale lesintéresserait, ils paraissent gêner d’avouer un intérêt pour ce type d’expériencesqui leur semblent réservés à une élite de surhomme ou génie de la science.J’insiste en leur disant que c’est accessible mais que cela nécessite uniquementbeaucoup de travail et qu’il n’est pas besoin d’être un génie pour travailler dansdes domaines aussi pointus de la science.

Ces questions ne font bien sûr pas partie du programme mais je pense que le rôled’un professeur, en plus d’enseigner sa discipline, est de donner envie à sesélèves l’envie d’approfondir leurs connaissances et leur maîtrise de cettediscipline. Dans mon cas je pense que je serais fier si je pouvais de donner àquelques élèves l’envie de faire de la physique ou de la chimie dans leur futur

métier ; surtout dans la période actuelle où on observe une désaffection desélèves pour les métiers scientifiques.

A la fin de la séquence certains élèves, dont bien sûr Clément, le passionnéd’astronomie, semblent être en accord avec ce que je viens de leur dire mais ilest difficile changer les croyances des élèves qui pensent à tort qu’il faut descompétences extraordinaires pour exercer des métiers de ce type.

Je pense que cette séquence a été réussie du fait de l’intérêt certain que lesélèves ont montré tout au long de son déroulement. Le plaisir que j’ai ressenti aété j’en suis sûr partagé avec les élèves qui m’en ont parlé à la fin de la séquenceoù j’ai constaté que quelques uns d’entre eux avaient acheté le dernier numéro dela revue Ciel et Espace où ils m’ont montré les photos obtenues par lasonde Huygens au cours de sa descente dans l’atmosphère de Titan. Ce quiprouve qu’au moins certains élèves ont réfléchi à cette séquence en dehors desheures de cours.Cette séquence me conduit à penser que lorsqu’on veut motiver des élèves, il fautleur fournir des activités liées à la vie quotidienne.

Conclusion

L’utilisation de la séquence que j’ai préparée sur l’histoire des sciences amontré que les élèves ont un intérêt peu prononcé pour les texteshistoriques non adaptés à leur niveau.Je pense que c’est dû à la façon dont je l’ai présenté aux élèves. C’estd’ailleurs pour cela que je ferais des changements, que j’ai mentionné dansla partie correspondante de mon mémoire, si je devais refaire cetteséquence les années qui viennent.L’exemple type d’activité que je referais certainement de façon beaucoupplus approfondie est celui de la classification périodique des élémentsintroduite de façon ludique en suivant la démarche de Mendeleïev et enutilisant des cartes. La gravitation peut aussi être introduite suivant unedémarche historique utilisant un texte adapté de celui que Newton a publiédans ses « Principes mathématiques de la philosophie naturelle » étudiant lemouvement de la Lune et donnant la loi de la gravitation universelle.

L’actualité des sciences a par contre beaucoup enrichi mes séances de coursqui ont été beaucoup plus vivantes que les séances précédentes. En effet,au cours de cette séquence les élèves se sont beaucoup investis. C’est doncune expérience que je retenterais avec plaisir surtout avec des activitésdans le domaine aérospatiale qui est un domaine qui m’est très cher et quid’ailleurs m’a amené à faire des études scientifiques. En effet, le spatial etl’astronomie ne laissent généralement personne indifférent car il susciteune « curiosité, nourrie par un imaginaire ancien », et qui est « le moteur del’intérêt du public ». En effet, « le consensus sur le spatial est général »8.

Les deux séquences que j’ai réalisé et qui sont décrites dans ce mémoireainsi que ce que j’ai pu faire après m’ont amené à la conclusion suivante :pour intéresser et motiver des élèves, il faut leur proposer des activitésoriginales et variées qui peuvent utiliser l’histoire des sciences, l’actualitédes sciences, l’outil informatique … le tout sous forme ludique si possible.

8 BOULANGER P., La conquête de Mars, Pour La Science, n°271, mai 2000

BIBLIOGRAPHIE

AUDIGIER F., FILLON P., « Enseigner l’histoire des sciences et desTechniques. Une approche pluridisciplinaire », 1991, I.N.R.P.

BASSAN V.J., « Comment intéresser l’enfant à l’école », 1976, PUF

BOULANGER P., « La conquête de Mars », Pour La Science n°271

COISNE S.,« Que valent les manuels scolaires ? », La Recherche n°378

COLL P., « Mars et Titan : sur les traces de la vie », Pour La Science n°327

FOSSE D., « Une Terre primitive au congélateur », Ciel & Espace n°416

LUNINE J., « Saturne, enfin ! », Pour La Science n°321.

B.O. N°6 du 12 août 1999 hors-série

Document d’accompagnement du programme de sciences physiques deseconde, G.T.D. de physique-chimie

Sites internet :

http://www.esa.int/SPECIALS/Cassini-Huygens

http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/main/index.html

http://www.ac-nancy-metz.fr

http://www.ac-nantes.fr

Annexe 1

Mouvement d’une bille sur un plan incliné et sur un plan horizontal

Objectif : Enoncé du principe d’inertie à partir d’une démarche historique.Pré-requis :

• Représentation des forces• Relativité du mouvement

Dans cette activité, on se propose, en s’aidant du texte de Galilée ci-joint, de déterminer la

nature du mouvement d’une bille abandonnée sans vitesse sur un plan incliné comme dans le

schéma ci-dessous :

1) Pourquoi Salviati fait-il le choix d’un plan parfaitementlisse et d’une balle parfaitement ronde ?

2) Quel est le référentiel le plus adapté pour étudier lemouvement de la bille ?

3) Dans ce référentiel et en vous aidant du texte deGalilée, quelle est la nature du mouvement de la billesur le plan incliné ?

4) Dans ce référentiel et en vous aidant du texte deGalilée, quelle est la nature du mouvement de la billesur le plan horizontal ?

5) Dans les deux cas, quelles sont les forces appliquées àla bille ?

6) Dans quel cas se compensent-elles ?7) Quelle est la nature du mouvement de la bille dans le cas

où les forces appliquées se compensent ?8) Que peut-on dire des forces appliquées à la bille si elle

est au repos sur un plan horizontal ?9) A l’aide des réponses données aux deux dernières

questions, dire en une phrase la nature du mouvement d’unobjet lorsque les forces auxquelles il est soumis secompensent.

Annexe 2

Principe d’inertie avec le logiciel Dynamic

But : Au cours de ce T.P. nous allons :- déterminer les effets d’une force sur le mouvement d’un corps ;- envisager un certain nombre de situations relatives au comportement d’un corps ;- émettre des hypothèses sur le mouvement possible du corps ;- vérifier nos hypothèses par simulation à l’aide du logiciel Dynamic.

I) Influence d’une force sur le mouvement d’un corps 1) Corps au repos Un corps est au repos sur un plan horizontal . Placer G à gauche de l’espace de travail. Appliquer à G une force horizontal de 5 N dirigée vers la droite. Tracer la trajectoire. Quelle est l’influence d’une force sur la nature du mouvement d’un corps au repos ? Modifier la masse du corps (5 kg) : Menu initialiser > Paramètres > m Modifier la couleur du tracé avec l’icône Que constatez-vous ? 2) Corps en mouvement

a) Influence sur la trajectoire Un corps en mouvement rectiligne uniforme et ayant une vitesse, horizontale et dirigée vers la droite, égale 5 m.s-1. Placer G à gauche du plan de travail. Définir une vitesse initiale égale à 5 m.s-1. Appliquer à G une force dirigée vers le bas et ayant une intensité de 1 N. Tracer la trajectoire. Que constatez-vous ?

Modifier la masse du corps et la couleur du tracé. Que constatez-vous ?

b) Influence sur la vitesse Un corps en mouvement rectiligne uniforme et ayant une vitesse, horizontale et dirigée vers la droite, égale à 10 m.s-1.

Placer G à Quelques centimètres du bord gauche du plan de travail. Définir une vitesse initiale égale 10 m.s-1. Appliquer à G une force dirigée vers la gauche et ayant une intensité de 3 N. Quelle est l’influence d’une force sur la nature du mouvement de ce corps ?

Conclusion : A partir des simulations que vous avez réalisé, indiquer les effets d’une force sur le mouvement d’un corps. Ces effets dépendent-ils de la masse du corps ?

II) Principe de l’inertieDans chaque cas, vous indiquerez vos observations, puis vous effectuerez une vérification avec le logiciel.Pour décrire le mouvement de l’objet utiliser 2 des termes rectiligne, non rectiligne, uniforme, non uniforme.Les enregistrements successifs ne seront pas effacés. 1) Cas d’un objet posé sur la table sans vitesse initiale

a) Quelles sont les forces qui s’exercent sur l’objet ?

b) Représenter ces forces sur le schéma ci-dessous :

c) Quel sera le mouvement de l'objet? Les forces précédentes sont des forces qui se compensent. Quel estl’effet de forces qui se compensent sur un objet immobile ?

d) Simulation de la situation :On suppose que le poids de l’objet vaut 1 N. Placer G au bord gauche de l’espace de travail.Appliquer le poids nommé P tel que Fy = -1 N (force verticale orientée de haut en bas).Appliquer la réaction de la table nommée R telle que Fy = 1 N (force verticale orientée de bas enhaut).On peut dessiner sous le solide un plan horizontal qui symbolise la table avec l’icône « Dessin ligne »Tracer la trajectoire.

e) Le tracé obtenu confirme-t-il les hypothèses faites en c) 2) Cas d’un objet posé sur une table lancé avec une vitesse initiale de 10 m . s-1

a) Prévoir et justifier le mouvement de l’objet dans le cas où il n’y a pas de frottements entre l’objet et latable.b) Simuler le mouvement de l'objet à l’aide du logiciel.

Imposer une vitesse initiale au solide précédent en utilisant l’icône puis tracer la trajectoirec) Comparer le tracé obtenu avec vos prévisions faites en a). Si le tracé n'est pas celui prévu, essayer deformuler une explication.

3) Cas d’un objet qui n’est soumis à aucune force, lancé avec une vitesse initiale de 10 m . s-1

a) Prévoir le mouvement de l’objet b) Simuler le mouvement de l'objet à l’aide du logiciel.

On garde la vitesse initiale mais on supprime le poids et la réaction du support : Menu Force > Supprimer > R Menu Force > Supprimer > P Modifier la couleur du tracé avec l’icône Tracer la trajectoire

c) Comparer le tracé obtenu avec vos prévisions faites en a). Si le tracé n'est pas celui prévu, essayer deformuler une explication.

III) Exploitation1) A l’aide des simulations effectuées dans la partie précédente, dire en une phrase la nature du

mouvement d’un corps soumis à des forces qui se compensent.2) Dans le cas de la simulation représentée ci-dessous, quelle est la nature du mouvement du mobile?

Pouvez-vous dire s'il est soumis à des forces qui se compensent ou s’il n’est soumis à aucune force ?Justifiez votre réponse.

3) Une force est-elle nécessaire pour entretenir un mouvement ? Justifiez votre réponse.

4) Peut-on réaliser une expérience en laboratoire qui corresponde à chaque simulation effectuée ?

Annexe 3

On a réalisé une chronophotographie du mouvement d’une balle sur un plan inclinéraccordé à un plan horizontal.

1) Quelle est la nature du mouvement de la balle au cours des deux phases deson mouvement ?

2) Quelles sont les forces qui s’exercent sur la balle pour chaque phase dumouvement ?

3) Que peut-on dire des forces exercées sur la balle lors de son mouvementsur le plan incliné ? Justifier votre réponse.

4) Que peut-on dire des forces exercées sur la balle lors de son mouvementsur le plan horizontal ? Justifier votre réponse.