Le mystre de la licorne (Herg)

Questions

Dcrire succinctement le droulement des vnements de 1 5 . . . On considre que lextrmit (non visible) de la poutre touche le sol, en

comparant la situation 1 et la situation 5 cela vous parat-il vraisemblable ; justifiez votre rponse.

. . .

1 2 3

4 5

~ Rponses des lves ~ En comparant la situation 1 et la situation 5 cela vous parat-il

vraisemblable ? Justifier votre rponse. La masse de la poutre ne changera pas quil la soulve mains nues ou avec un drap ; la

force quil exerce sera la mme ; donc ce nest pas possible. Non, cela ne me parat pas vraisemblable car la force na pas chang dintensit mais

seulement de direction. Oui, car en soulevant comme dans la situation 1, on exerce une force sur la tte de la poutre

qui nest pas suffisant. Ton disque (tandis que) la situation 5 le drap est attach au milieu du poutre ; en exerant une force sur le drap, le drap exerce une autre sur le poutre, ce qui fait

La situation est invraisemblable car quil soulve la poutre mains nues ou par lintermdiaire dun anneau avec un drap la masse souleve par Tintin est toujours la mme. La force quil exerce dans les sens (2 cas) est la mme, il aurait pu y arriver avec un systme de 2 ou 3 poulies.

Oui, limage 1 il essaie un bout de la poutre alors qu la 5 il met sa force au centre de la poutre.

Non, cela nest pas vraisemblable car sil narrive pas soulever la poutre mains nues, il narrivera pas la soulever avec les draps. Et en plus, je vois pas comment il peut passer le drap dans lanneau.

Oui la situation me parait vraisemblable cela donne peu prs le mme effet quune poulie et cest donc plus facile pour lui de porter cette poutre dans la situation 5. Dans la situation 1 il porte sans aide cest donc plus difficile.

Oui cela me parait vraisemblable car une force est ajoute par rapport limage 1. Dans 1 la force musculaire de Tintin, et le poids de la poutre. Dans 5 le poids de la poutre, la force de Tintin, la force de lanneau.

Non car si il ne peut la soulever au 1, il ny arrivera pas plus au 5. Non cela me parat impossible. Dans la situation 1 il dit impossible, je puis peine

soulever la poutre et dans la situation 5 il a russi passer le drap. Donc cela me parat infaisable.

Non cela me parat invraisemblable car le drap aura un frottement trop important sur lanneau, situ plus haut.

Oui cela me parat possible. Dans la situation 1 il essaie de soulever la poutre avec la force de ses bras et de ses jambes. Dans la situation 5, il soulve la poutre avec la force de son corps (son poids). Il fait un mouvement de contre force (Au dbut, il tire vers le haut pour soulever la poutre et la fin il tire vers le bas, laide de draps). Il semblerait que la seconde mthode (qui est possible) est la plus efficace.

Cela me parat vraisemblable car dans la situation 1, il a tout le poids du morceau de bois qui repose sur lui ; tandis qu la situation 5 il se sert de lanneau ; donc il sen sert comme un systme de poulie, ce qui va lui rpartir le poids du morceau de bois.

Oui cest vraisemblable car cest plus facile de soulever un solide avec un systme de tire, car tintin met tout son poids pour soulever le solide.

Cela est vraisemblable car le personnage sur la figure 1, il exerce une action de force vers le haut. Sur limage 5 le personnage exerce une action de force vers le bas, ce qui fait quil a plus de force pour soulever le solide {S} (la poutre).

Cela parait vraisemblable, le point dapplication se trouve au milieu de la poutre, lanneau diminue leffort fournir.

Dans la situation 1, il essaie de soulever la poutre avec sa force ; tandis que dans la situation 5 il utilise son poids pour crer une force qui attire la poutre vers le haut.

Cest vraisemblable car porter une poutre en faisant levier est beaucoup plus facile que sans corde, cela ncessite moins defforts. La force est change de sens par lanneau donc il a juste saccrocher au drap de tout son poids pour lever la poutre (il faut que la poutre soit plus lgre que celui qui est suspendu au drap).

7 invraisemblables et 11 vraisemblables

I PROBLMATIQUE : Le mystre de la licorne Herg

Description de la situation : Tintin narrive pas soulever la poutre en la tenant une extrmit. Attache et tire, la poutre est amene sous un anneau Il arrive soulever la poutre grce au drap et lanneau ; le drap est attach au milieu de la poutre.

Dbat entre les lves (avec la totalit des rponses) Comparaison entre les situations 1 et 5 (ressemblances et diffrences)

- Le poids de la poutre na pas chang - On nexerce pas la force au mme endroit. - Soulever une poutre - Systme haltrophile, il y a plus de poulies. Cest la mme situation. (dans ce cas llve considre que Tintin saute dans la situation 5 comme un haltrophile ? ? ?) - Il met tout son poids en 5, cest pour cela quil y arrive

Enseignant : En sarc-boutant, Tintin, utilise les muscles de ses bras et de ses cuisses pour soulever la poutre ; il est donc possible que dans la situation 1 la force exerce par Tintin soit plus importante que dans la situation 5

- Lintensit de la force est plus importante en tirant vers le bas quen soulevant. - Il y a plus de force en 5 quen 1 cause de son poids, et la poulie augmente lintensit de la force. - Lanneau permet juste le changement de direction de la force : anneau = poulie.

Enseignant : votre camarade a raison si on se rfre au chapitre Diffrents types de forces (intrt dune poulie). videmment, on nglige le frottement du drap sur lanneau.

- Soulever la poutre lextrmit, revient soulever moins de poids de la poutre. - En effet, cest plus simple de soulever une extrmit que par le milieu.

Analysons les situations 1 et 5 en terme de forces qui sexercent sur la poutre. Situation 1

Inventaire des actions qui sexercent sur la poutre :

- action de la terre P

sur la poutre en G - action de Tintin 1F

sur la poutre en A

- action du sol C

sur la poutre en O

action nature Dir. Sens

P

distance rpartie

1F

De contact ponctuel

C

De contact ponctuel

G A

O sol

P

F1

C

QUILIBRE DUN SOLIDE EN ROTATION AUTOUR DUN AXE FIXE

Situation 5 Inventaire des actions qui sexercent sur la poutre : - action de la terre P

sur la poutre en G

- action du sol C

sur la poutre en O - action de Tintin 2F

sur la poutre en A

action nature Dir. Sens

P

distance rpartie

1F

De contact ponctuel

C

De contact ponctuel

On considre que lanneau fait office dune poulie simple et que le drap transmet intgralement laction de Tintin. De plus le point dapplication A est trs proche du point G.

Modlisation : Poutre barre trou + masse au milieu (afin dalourdir la barre) Tintin Dynamomtre Sol axe aimant fix au tableau mtallique II- TUDE EXPRIMENTALE : Objectif : Pour lquilibre ralis (montage 2), chaque groupe compare leffet de rotation du poids du systme celui de la force exerce par le dynamomtre.

a) Montages exprimentaux Montage n1 : A laide du dynamomtre, On mesure le poids de la barre.

P1 = 0,3 N ou 0,4 N

Montage n2 : Raliser le montage ci-contre , Le systme doit tre en quilibre (immobile). Noter les valeurs des distances

OG = . et OA = . laide dun rapporteur, noter les valeurs des

angles : = .. et = .

Dterminer la valeur P du poids du sytme : On note P1 la valeur du poids de la barre et P2 celle du poids du solide

P = P1 + P2 P = 1,3 N ou 1,4 N. Noter la valeur F de la force exerce par le

dynamomtre : F = . N

G A

O sol

P

F2

C

Barre trous

Dynamomtre

Montage n 1

G A

O

Dynamomtre

Axe aimant

Solide de 1 N

Montage n 2

b) Bilan des forces Action de la terre sur le systme {Barre ; Solide} : P

Action du dynamomtre {D} sur le systme {Barre ; Solide} : F

Action de laxe de rotation sur le systme {Barre ; Solide} : C

Reprsentons de manire qualitative, les forces qui agissent sur le systme {Barre ; Solide}. La direction de C

est obtenue de telle manire que les directions des trois forces soient concourantes (une des conditions d'quilibre dun solide en translation soumis trois forces).

c) Mesures exprimentales Chaque binme ayant not ses mesures regroupons les valeurs dans un tableau :

Binme 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

OG (cm)

17,5

17,5

17,5

17,5

17,5

18

17,5

17,5

17,5

17,5

17,5

17,5

P (N)

1,3

1,4

1,3

1,3

1,4

1,2

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

()

120

102

115

112

116

80

99

90

90

105

120

65

OA (cm)

35

27,5

30

30

27,5

36

22,5

22,5

35

35

32,5

25

F (N)

0,8

0,9

0,8

1,1

0,9

0,7

1,1

1,3 1

0,8

0,7

1

()

140

78

120

40

65

120

82

58

45

125

62

115

d) Interprtation des mesures

Lobjectif est de dterminer une quantit qui reste constante dans chaque cas. Les lves font plusieurs tentatives afin de trouver une relation entre OG; P; ; OA ; F et . Deux binmes ( 7 et 5) qui ont travaill sur leurs propres mesures, on fait remarquer que les produits OG P et OA F sont gaux. Comparons les produits OG P et OA F dans chaque cas et dterminons lcart entre ces deux valeurs :

Binme 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

OG P

22,75

24,50

22,75

22,75

24,50

21,60

24,50

24,50

24,50

24,50

24,50

24,50

OA F

28,00

24,75

24,00

33

24,75

25,20

24,75

29,25

35

28

22,75

25,00

5,25

0,25

1,25

10,25

0,25

3,60

0,25

4,75

10,50

3,50

1,75

0,50

G A

O

P

F

C

On constate que le produit est constant ( faible) dans certains cas (2 ; 3 ; 5 ; 7 ; 11 et 12) ; alors que pour dautre il avoisine les 45 % de la mesure. Donc, on ne peut admettre cela comme une loi. Reprsentons les forces dans le cas 7 cit ci-dessus :

On constate que les deux forces ont une direction parallle, ce qui en fait un cas particulier; de mme pour les mesures des cas 2, 3, 5, 11 et 12. Donc la relation :

F OA = P OG Nest valable que dans les cas particuliers o

P//F

; mais dans les autres cas : F OA P OG

Reprenons le cas 1:

reprsentons les forces qui sont capables de faire tourner la barre OA autour de laxe de rotation O, cest dire F

et P

. On voit, intuitivement, que C

nintervient pas dans la rotation de la barre ; on verra pourquoi par la suite. Reprsentons la projection orthogonale d2 et d1 de laxe O sur les directions des forces F

et P

respectivement. En utilisant la trigonomtrie dans un triangle rectangle, on obtient :

OGd

sin 1 et OAd

sin 2

Rappels mathmatiques : (cercle trigonomtrique) Nous avons vu dans le chapitre Le cercle trigonomtrique que : xx sinsin .

______________ Remarque pour les collgues : Le moment dune force scrit : OMFM /OF

Dont la norme est OM;F sinOM. FM /OF

. Ce qui implique que langle, considrer dans la loi, est bien celui qui est choisi par les lves. Nanmoins cela ne nous empche pas de choisir lautre angle, tant donn que le produit vectoriel nest pas au programme des classes de LP.

_____________ Donc obtient pour d1 et d2 :

sinOGd1 et sinOAd 2 d2 = 22,50 . 102 m et d1 = 15,15 . 102 m Calculons Fd2 et Pd1 Fd2 = 18 . 102 Nm et Pd1 = 19,7 . 102 Nm

F

P

O

G A d2

d1

F

P

O G A

x x

sin

cos A

On constate que les deux rsultats sont trs proches. Effectuons le calcul pour toutes les mesures ralises lors du T.P. ; et dterminons lcart

12 dPdF Binme 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P (N)

1,3

1,4

1,3

1,3

1,4

1,2

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

d1 102 m

15,15

17,12

15,86

17,23

15,73

17,73

17,28

17,50

17,50

16,90

15,15

15,86

Pd1 102 (N.m)

19,7

24,0

20,6

22,4

22,0

21,3

24,2

24,5

24,5

23,7

21,2

22,2

F (N)

0,8

0,9

0,8

1,1

0,9

0,7

1,1

1,3

1

0,8

0,7

1

d2 102 m

22,50

26,70

25,98

19,28

24,92

31,18

22,28

19,08

24,75

28,67

28,70

22,66

Fd2 102 (N.m)

18

24,0

20,9

21,2

22,4

21,8

24,5

24,8

24,7

22,9

20,1

22,7

102 (N.m)

1,7

0

0,3

1,2

0,4

0,5

0,3

0,3

0,2

0,8

1,1

0,5

Dans la majorit des cas (2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10 et 12) lcart entre les deux valeurs est infrieur 4% le plus grand cart est de 7,5 % pour le cas 1.

On constate que : lquilibre une quantit reste invariante III - MOMENT DUNE FORCE a) Dfinition :

partir des mesures exprimentales prcdentes, on peut dfinir une grandeur physique, qui reste invariante dans certaines conditions.

Soit une tige OB mobile autour de laxe O, soumise une force F

au point M. Le moment de la force F

par rapport O, not /OFM scrit :

sinOMF/OFM ou dF/OF M

d tant la distance Euclidienne de O par rapport la direction de F

Le moment dune force par rapport un axe, peut tre dfinie comme la capacit dune force faire tourner le solide autour de laxe, dans un sens ou dans lautre, plus ou moins vite.

Unit du moment dune force : le newton.mtre (N.m)

F B

O

M

d

b) Cas particuliers Exemple 1: soit une porte assujettie tourner autour de laxe vertical, passant par ses gonds (porte du labo). On exerce une force F

de direction parallle

(pour des enseignants sportifs, saccrocher la porte). On constate que la porte ne tourne pas Lorsque la direction de la force F

est

parallle laxe de rotation , son moment est nul.

Exemple 2 : On exerce sur la mme porte une force F

dont la direction coupe laxe de rotation de la porte . Lorsque la direction de la force F

coupe

laxe de rotation , son moment est nul (car la distance d est nulle)

III- THORME DES MOMENTS Soit un solide assujetti tourner autour dun axe , passant par O. Le solide est en quilibre autour de O, si la somme des moments des forces qui le font tourner dans un sens est gale la somme des moments des forces qui le font tourner dans lautre sens. Dans lexemple considr (voir figure), on considre que la barre est soumise cinq forces ; en comptant laction de laxe de rotation sur la barre.

O/FO/FO/FO/F 4231 MMMM 44223311 dFdFdFdF

Sinon on choisit un sens positif de rotation, et le thorme des moments devient : Le solide en rotation autour dun axe est en quilibre si la somme algbrique des moments des forces est nulle.

0O/FO/FO/FO/F 4231 MMMM

F

F

F1 B

O

M1

d1

M2

d2 F2

F3

M3

d3

d4

F4

M4

IV TINTIN ET LA POUTRE

Situation 1 : La poutre est assujettie tourner autour de O, dterminons les moments de chaque force.

00/C M car C

coupe laxe de rotation.

sinOGP0/PM sinOAF10/F1

M Les forces P

et 1F

sont parallles. On considre la poutre en

quilibre autour de O; donc : 0/P0/F1 MM

En conclusion : OGPOAFsinOGPsinOAF 11

OAOGPF1 or OA = 2 OG, donc 2

PF1

Situation 5 : En faisant le mme raisonnement que pour la situation 1, on obtient le rsultat suivant :

OGPOAF2 or OA OG donc,

PF2 Remarque pour les collgues : Il faut de plus rajouter (ce que nous avons omis de faire) que si OA > OG alors F2 < P et donc C > 0 , ce qui implique que lextrmit O de la poutre touche bien le sol. Conclusion :

Si lon compare les deux situations, cela parat invraisemblable; car dans la situation 5, Tintin doit exercer une force dont lintensit est le double que celle de la situation 1. Dans la situation 5, Tintin peut soulever un objet ayant, au maximum, son propre poids ; il est vident que la poutre est plus lourde que Tintin.

V COUPLE DE FORCES Soit un solide {S} mobile autour dun axe O, soumis un couple de forces 21 F;F

Un couple de forces est constitu de deux forces de directions parallles (distantes de d), de mme valeur F et de sens contraire.

G A

O sol

P

F1

C

G A

O sol

P

F2

C

Cas 1 : (voir figure ci-contre) Dterminons le moment total O/TM , choisissons un sens de rotation positif.

11O/F d.F1 M et 22O/F d.F2

M

22110/F0/FO/T d.Fd.F11 MMM

or F1 = F2 donc on peut crire : 21O/T dd.F M

de plus d1 + d2 = d ; donc dFO/T M

Cas 2 : les deux forces sont situes du mme ct de laxe de rotation (voir figure ci-contre). Dterminons le moment total O/TM

11O/F d.F1 M et 22O/F d.F2

M

donc 2211O/T d.Fd.F M or F1 = F2 donc 21O/T dd.F M , de plus d1 d2 = d

en conclusion : dFO/T M

F2 F1 d1

d2 d O

{S}

+

F2

F1

d1

d2

d

O

{S}

+

LE MYSTRE DE LA LICORNE (1) Ctait le temps des rcompenses

Qui allaient ceux qui ont la chance Dapprendre ds leur enfance

Tout ce qui ne leur servira pas J. Brel

INTRODUCTION Cette squence ncessite certains pr-requis : En sciences physiques

- quilibre dun solide (en translation) soumis plusieurs forces - Diffrents types de force (2) : le poids, pousse dArchimde, force de contact

(frottement), force de rappel dun ressort et intrt dune poulie. En mathmatiques

- Trigonomtrie dans le triangle rectangle. - Vecteurs.

Lobjectif de cette squence est de mettre les apprenants dans une situation o ils doivent mobiliser des savoir et/ou des procdures dj acquis (ou supposs ltre), pour rsoudre un problme, et construire un nouveau concept. En conclusion, nous proposerons aux lves une valuation qui sous-tend les mmes objectifs pdagogiques. Avertissement Cette squence est un patchwork de cours ralis avec plusieurs classes sur plusieurs annes.

Le dbat concerne la classe de BEP lectronique (2002 2003). Les lves ont mis en uvre le montage et ralis des mesures ; mais pour diffrentes raisons, sur lesquelles nous reviendrons par la suite, lanalyse et le traitement des mesures nont pu se faire.

La partie exprimentale et lanalyse des mesures ont t ralises par les classes de BEP lectronique et lectrotechnique (1998 1999) et celle de BEP Bioservices (2000 2001). En ce qui concerne la classe de BEP Bioservices la dmarche globale fut identique : Situation-problme Modlisation et mise en uvre exprimentale construction du concept. Mais de manire plus condense (les relations trigonomtriques ont t cartes, nous avons utilis une autre approche de la distance euclidienne entre la direction de la force et laxe de rotation, de mme les carts entre les rsultats ont t abords autrement) et avec un peu plus de guidage de la part de lenseignant.

PROBLMATIQUE ET DBAT Mme si Gagn (3) situe la rsolution de problmes au fate de la hirarchie des procdures dapprentissage ; mme si les obstacles des lves rsident dans la difficult appliquer ce quils ont appris en cours quand il faut rsoudre un problme (pour peu que ce problme scarte, mme lgrement, des exercices rsolus en classe) ou dans la difficult reprer les lments pertinents dun problme en adquation avec leurs connaissances (selon S. Johsua et J. J. Dupin (4)), lobstacle principal, selon notre exprience, est lassociation troite que font les apprenants entre la problmatique et la connaissance, cest dire que les procdures formelles ou algorithmiques utilises pour rsoudre un problme ne peuvent sappliquer qu ce dernier ( chaque problme sa solution unique). De manire plus vidente, aprs une squence o lon construit une connaissance (savoir, concept, notion ) et des procdures,

lors des squences dapplication (rsolution dexercices) les lves ne pensent mme pas ouvrir leur cahier de cours . Si on veut combattre cet obstacle bachlardien de consommation (plus on fait dexercices, mieux on comprend le cours), il faut utiliser alors des stratgies qui poussent les apprenants se rapproprier leur cours. Mais il y a un prix payer, entre autres, rsoudre un exercice en une heure. Lutilisation de problmatiques peut tre lun des points de dpart dans linteraction entre llve et son apprentissage ; selon Resnick(5) : Lenseignement doit tre conu non pas pour mettre des connaissances dans la tte des lves ; mais pour mettre des lves dans les situations qui leur permettent de construire des connaissances structures. Le point de dpart consiste instaurer un doute dans lesprit des apprenants ; en cela nous sommes en plein accord avec G. Bachelard sur la ncessit .. dune problmatique antcdente toute exprience qui se veut instructive, une problmatique qui se fonde, avant de se prciser, sur un doute spcifique, sur un doute spcifi par lobjet connatre Le doute doit tre appliqu un objet, le doute en soi est inefficace (6). Nous prcisons que le doute est spcifique la problmatique, non la solution. Dans cette squence, il sagit de mettre les lves devant un rcit ludique et quotidien (bande dessine) ; de pousser les apprenants avoir une attitude critique devant une information par limage. Lide est inspire dun ouvrage de Jean-Marc Lvy-Leblond (7). Dans la premire tape, les lves sont confronts au document et doivent donner une rponse aux deux questions poses. La seconde tape consiste recueillir toutes les rponses dans un document distribu aux lves et dbattre par la suite. Selon J. P. Astolfi, B. Peterfalvi et A. Vrin (8) le dbat scientifique dans une classe est souvent dialogal et non dialogiste , car effectivement les changes sont dus des interventions successives et croises dinterlocuteurs distincts (dialogal) ; mais reste monologique, dans la mesure o nexiste quune progression thmatique unique (celle du matre), et non deux discours qui se confrontent (dialogiste). Mais ce qui ressort de ces expriences dchanges et de dialogue entre les lves, cest que mme la progression thmatique unique reste difficile car lenseignant est confront une attitude gocentrique de llve qui met son ide et ne porte aucun intrt lintervention prcdente ; ce qui rejoint la thorie de J. Piaget (9) sur lvolution et la construction des concepts chez lenfant. De mme M. Altet (10) distingue plusieurs types dpisodes dans les changes en classe :

pisode inducteur, orient par lenseignant qui dirige les changes en fonction de son objectif final,

pisode mdiateur, o lenseignant met en avant les apports des lves, stimule les attitudes actives et se propose en intermdiaire entre les acquis de lapprenant et le concept construire,

pisode adaptateur, ici lenseignant considre llve comme un individu part entire et ne fait quaccompagner llve (personne ressource) dans sa construction du savoir, en acceptant les divergences et les carts par rapport ses objectifs initiaux.

Cette approche des changes en classe reste un modle thorique. Les dbats et les changes verbaux dans une classe sont soumis des conditions, des contraintes diverses et certains paramtres. La condition principale est la participation volontaire de llve dans lchange et la contrainte est dobtenir une relle construction / argumentation dans les ides soumises lensemble de la classe. Le paramtre essentiel est linstauration dun climat de confiance

dans lchange et que lerreur (rponses fausses ou mal exprimes) est ncessaire lavancement du dbat. Linstauration du dbat dialogal, nest pas du fait de lenseignant (ncessairement) comme le sous-entend J. P. Astolfi (11), arguant linscurit professionnelle et le corporatisme des enseignants de sciences, mais peut avoir pour source le fait que llve pense que cest un march de dupes, car lenseignant connat la rponse . Exprimenter sans protocole crit, dbattre sans que lenseignant dirige les dbats (dialogistes) peut poser un vritable problme pour lapprenant. Comme le souligne V. Host (13) : les pdagogies invisibles engendrent lanxit chez certains lves. La relation maitre-lve est souvent vcue par lapprenant comme une imposition ou un contrle ; ce dernier perd alors son nergie dterminer ce quon attend de lui. En conclusion, permettre des dbats constructifs dans une classe demande une gestion complexe de la part de lenseignant :

partage du temps de parole, amener les lves dbattre entre eux, permettre ce que des ides mises, par les lves, soient dbattues de manire

approfondie, pousser des lves, qui sexpriment rarement, intervenir, cadrer le dbat, sans pour autant imposer la thmatique du matre

Le vritable cueil dans ce genre dapproche ne se situe pas dans la divergence des dbats, mais dans labsence dchanges entre les lves. MODLISATION ET EXPRIMENTATION La seule conclusion, la suite du dbat, est dintroduire la ncessit de mesures exprimentales afin dinfirmer ou de confirmer la vraisemblance de la situation. La premire tape consiste modliser le problme, en comparant les deux situations en terme dactions qui sexercent sur la poutre. ce stade les lves ont acquis des rflexes qui permettent de bien dlimiter le problme tudier. Ceci rassure les apprenants, dans la mesure o le domaine scientifique est une suite logique des squences prcdentes. Cela permet de conforter les connaissances dj acquises et de mettre en vidence la notion de trame conceptuelle. La seconde tape se situe dans la transposition du problme initial en un problme scolaire . Il sagit ici dune autre forme de modlisation : adaptation dune situation avec des outils (objet, appareils de mesure) disponibles en laboratoire de sciences physiques. Remplacer la poutre par une barre rigide et Tintin par un dynamomtre, est une dmarche aise pour les lves (dj acquise dans dautres squences) ; la modlisation, dans ce cas est lutilisation de lanalogie. Alourdir la barre en accrochant un solide en son centre de gravit ; la difficult ou lobstacle srieux consiste remplacer le sol par un axe aimant, certains binmes ont essay de faire tenir la barre trous pose sur la tranche, mais linstabilit de lquilibre les a oblig abandonner cette piste. Dans ces deux cas lanalogie ne fonctionne plus, la modlisation a une fonction de construction de savoir, en utilisant les proprits physiques des objets : le poids sexerce au centre de gravit, et le sol a pour fonction de faire pivoter la poutre. A ce stade de lanalyse, se pose la question du modle et de la modlisation en sciences exprimentales. A. M. Drouin (13) explique quil existe plusieurs types de modlisation ou de modles : figuratif ou opratif, des modles ayant des statuts danalogie ou une fonction heuristique. De plus la frontire entre modle et thorie ou entre modle et lois nest pas trs

nette. Daprs G. Lemeignan et A Weil-Barais (14), la modlisation consiste passer dune reprsentation en terme dobjets (proprits, fonctions) une reprsentation en terme de systmes (tats, transformations), et cela avec un abme de conceptualisation entre les deux reprsentations. Mais le seul lment commun est que chaque modle (ou modlisation) a un objectif prcis. Dans cette squence la premire modlisation a pour objectif dliminer certains paramtres qui peuvent ne pas intervenir dans ltude et ne se rattacher qua certaines proprits ; la seconde modlisation a pour but de transposer le problme en des quantits mesurables et de le rendre opratoire . La troisime forme de modlisation est une conceptualisation des mesures. Elle consiste dterminer les paramtres (grandeur mesurer) prendre en compte afin de mettre en vidence un invariant, cest le passage dune reprsentation-objets une reprsentation-systmes, cit plus haut. De manire pistmologique, la tche dune science est de rechercher les invariants quils soient de structure mathmatique, dessence qualitative ou ayant un statut fonctionnel de relation (15). De plus, le thorme des moments est relativement rcent par rapport lusage de la balance. Selon G. Bachelard (16) il se forme une conduite de la balance car linstrument prcde la thorie. Le concept de la balance, qui rationalise de manire simpliste la pense, obscurcit le concept du moment dune force par rapport un axe. titre dexemple, certains lves ont russi rsoudre un problme (de pese) dans une valuation en utilisant la fameuse conduite de la balance , et ont eu de grandes difficults dans lvaluation formatrice ou dans dautres exercices ne se rapportant pas la pese. De manire gnrale, les lves des sections professionnelles sont assez adroits dans la pratique exprimentale (pour preuve les bons rsultats, en moyenne, des lves de BAC dans lpreuve exprimentale). Par contre les protocoles crits classiques restent inoprants, combien de fois nos lves, aprs avoir ralis le montage exprimental, posent la question Et maintenant, Monsieur, que fait-on ? . Lexprimentation ne soppose pas la modlisation, comme lexplique C. Orange (17). Elle peut tre un moyen, parmi dautres, de soumettre la critique et de faire voluer les modles explicatifs : comme passer du cas particulier o les droites daction sont parallles (premire tentative de dterminer linvariant), au cas gnral. Par contre il faudrait, peut tre, revenir sur la notion derreurs exprimentales, ce qui na pu tre fait dans cette squence. Il est primordial de relativiser la mesure aux yeux de nos lves pour plusieurs raisons, dont les principales sont :

Permettre lerreur dexister en tant que moyen de contrle, ou de validation de la mesure,

Redonner la mesure exprimentale le sens scientifique de lexprience, qui est celui dinfirmer une thorie et non de la confirmer (du latin expiri : prouver),

Mettre une ralit scientifique sur les expriences qui ne marchent pas , qui sont vcues comme un chec par lenseignant et par les lves.

VALUATION FORMATIVE ET/OU FORMATRICE De manire gnrale, les valuations des lves sont souvent de la forme sommative (bilan fiable au terme dun apprentissage) qui permettent lenseignant dvaluer les aptitudes des lves, avec pour objectif les examens finaux (BEP, BAC). Ces valuations sont structures de manire claire et directive (hypothses dans la question, utilisation des mots dduire montrer ) ; de telle manire quune problmatique est subdivise en plusieurs questions,

en vitant les questions tiroir . Ce type dvaluation est ncessaire, afin de permettre llve de se prparer aux examens finaux. Nanmoins lvaluation formative sintresse plus la rgulation des dmarches pdagogiques et aux procdures des tches accomplir. Lvaluation formatrice y ajoute la reprsentation correcte des buts, la planification pralable de laction et lappropriation des critres des erreurs. (G. Nunziati (18) ). Ce type dvaluation se divise en cinq phases dune action complexe (19) (20) (21) :

La reprsentation du but et celle des proprits des objets sur lesquels on doit uvrer pour atteindre ce but ;

Lanticipation de la dmarche suivre, comme une prdiction avant toute ralisation ;

La planification : choix dun ordre de ralisation ; Lexcution proprement dite ; Le contrle, lment constitutif de laction qui value chaque phase du droulement.

Ces diffrentes phases ne sont pas, ncessairement, successives et peuvent sentrecroiser.

Lvaluation consiste poser , au tableau, un montage exprimental (schma ci-dessous) et poser une question :

Dterminer laction de laxe de rotation sur la barre. Consignes orales : ne pas toucher le montage (ne pas dcrocher le solide de poids inconnu ni dplacer le dynamomtre ou la barre). Les lves sont regroups en binme ou trinme, ils doivent remettre leur brouillon et leur copie finale par binme (ou trinme) ; dans certaines classes un transparent est mis leur disposition, afin dexposer leur dmarche aux autres binmes.

De manire gnrale, les lves sont dcontenancs par ce genre dvaluation sans hypothses ni valeurs numriques. Ils restent assis leur place, durant les cinq premires minutes, puis ralisent quil est ncessaire de prendre des mesures, et se lvent afin de se rapprocher, dobserver et de soupeser. Une des premires anticipations est de bien scruter le solide, afin de voir si la masse y est inscrite, par la suite de le soupeser. La dcision (autre anticipation) de mesurer les distances et les angles a, souvent, pour objectif de reproduire le montage une chelle cohrente. Les apprenants pensent, en premier lieu, passer par une solution gomtrique ; celle-ci existe, mais ncessite de conceptualiser le montage en deux aspects :

chelle des distances (afin de dterminer la direction de C

) et celle des forces pour le dynamique,

celle de construire une somme de trois vecteurs, connaissant un seul et la direction pour les deux autres.

Le brouillon des lves permet de visualiser les diffrentes phases de cette valuation formatrice. Les lves de BEP lectronique 2002/2003, ont crit directement au propre leur dmarche et conclusion. Nous avons repris le brouillon dun binme de BEP lectronique 1998 / 1999 en annexe I ; et la copie dun binme de BEP lectronique 2002 / 2003, en annexe II, qui fait rfrence au moment dune force.

Dans la copie en annexe I, la reprsentation du but consiste en une reprsentation des forces sur la barre dune manire cohrente (y ajoutant mme lintersection des droites daction) Lanticipation des dmarche se remarque partir de la partie hachure qui montre que les lves ont test dautres voies afin de dterminer le poids du systme. La planification sobserve dans lexpos des hypothses et du discernement entre les lments connus et ceux inconnus. Le contrle des diffrentes phases se remarque sur le tableau des caractristiques des actions, o les lves ont admis la valeur du poids comme tant raliste. Si on considre la copie du binme, annexe II (BEP 2002 / 2003), la seule copie qui fait rfrence au thorme des moments afin de dterminer le poids du systme (les autres ont utilis la valeur indique par le dynamomtre ou tout simplement invent une valeur), on constate que la reprsentation du but nest pas trs nette ( 2 actions A

sur le bilan des forces).

De plus la confusion est plus grande, car sur le bilan des forces sont reprsents le dynamomtre et le solide. De mme la dtermination du poids obit la conduite de la balance ou la puissance de lexemple. Sy ajoute, lide quune force est un poids (ce qui indique le dynamomtre est deux fois plus lourd ). Ce qui napparat pas sur cette copie cest le contrle de chaque phase : on observe un dbut de planification (inventaire et caractristique des forces) , une certaine anticipation du but atteindre (le poids est de 0,665 N) ; par contre la reprsentation des forces ne transpose pas le choix des chelles et les valeurs des forces sont irralistes par leur prcision. Le contrle ou lvaluation est un lment constitutif de laction (rature sur une copie, ou plutt le syndrome du crayon papier, recommencer sur une nouvelle feuille ). Cette instance valuatrice prsente en chacun de nous (enseignants, lves) doit se construire de manire objective avec des critres dtermins. Lappropriation par les lves doutils dvaluation cohrents et non empiriques, la matrise des oprations danticipation et de planification sont des lments ncessaires a inclure dans nos objectifs pdagogiques. La dfinition, simpliste, que nous avions de lvaluation formatrice est que lvaluation peut faire partie des apprentissages ; cest dire que lors de lvaluation les apprenants continuent construire des savoir et savoir-faire. Mais les sances dauto-correction , la remdiation par les lves sur certains obstacles (en module ou aide individualise) font partie de cette forme dvaluation formatrice. Celle-ci est en fait un systme pdagogique (22) qui prend en compte les thories de lapprentissage, qui implique des critres soumis des objectifs prcis. Les bases de lvaluation formatrice sont issue dune recherche conduite dans les annes 1974 1977 au lyce Marseilleveyre Marseille, pilote par J. J. Bonniol et G. Nunzati. OBSTACLES ET REMDIATIONS Cette approche pdagogique (Problmatique - Dbat Modlisation construction de la connaissance Retour sur la problmatique) a suscit des ractions diverses de la part des diffrentes classes. Lapproche ludique de la problmatique a induit, dabord, de ltonnement de la part de toutes les classes cites. Le dbat a permis dinstaurer un doute , qui a t moteur pour les classes 1998 1999 et 2000 2001 , mais qui na pas eu le mme effet sur la classe 2002 2003. Lobstacle principal, est un obstacle culturel issu du modle pdagogique par transmission, o les apprenants sont en attente ; alors que le modle pdagogique constructiviste demande une relle participation des lves, sans instructions apparentes de la part de lenseignant. Comme lexplique V. Host (12), lapprentissage par transmission est, souvent, intrioris par

les lves comme une relation dautorit (parentale, pnale, intellectuelle ). De plus, la relation matre lve est vcue, par certains lves, comme une relation de pouvoir ; les rles jous par ces lves dans leurs structures familiales et sociales (milieu dorigine) ne leur permettent pas de reconnatre la fonction que lenseignant rempli vis vis deux dans une situation donne. Ce sont l des lments qui expliqueraient, peut-tre, le blocage avec une majorit dlves de la classe 2002 2003 qui nont pas voulu revenir sur leurs mesures et les analyser. Sy rajoute leffet march de dupes , cit prcdemment : Lenseignant connat la rponse au problme, il finira par la donner. Nanmoins cette approche a permis des classes agites ou des lves en grandes difficults de sexprimer (de manire verbale et exprimentale), avec par moment des cueils attribus aux difficults danalyse et de synthse dans la dmarche scientifique. Mais ces dernires (analyse, synthse) sont des comptences et des capacits acqurir en cours de formation (et mme aprs) ; le fait didentifier ces difficults permet lenseignant et llve de mieux cerner les diffrents objectifs atteindre. Le second obstacle, de lexprience quotidienne ou de conduite de la balance , reste difficile surmonter, car il est ancr dans la pratique quotidienne ou dans la mmoire collective (la balance lectronique supplante la balance de Roberval). Mais il peut tre contourn par une analogie avec la balance romaine o les distances par rapport laxe interviennent. Par la suite, un tayage de la part de lenseignant dans lanalyse des mesures (surtout avec la classe de BEP Bioservices) et une vritable curiosit (scientifique ou naturelle) de la part des lves ont permis la construction du concept, afin de rsoudre, surtout, le problme de Tintin et la poutre. Dailleurs cela sest traduit dans lvaluation formative et/ou formatrice par un investissement rel de la part des lves.

BEP lectronique (98 99) : les lves ont utilis le quart dheure de la rcration afin de finir lvaluation.

BEP lectrotechnique (98 99) : Devant le manque de russite, au dpart, dans lvaluation, les lves ont demand dutiliser la deuxime heure de cours.

BEP bioservices (200 2001) : Les lves ont eu des difficults, nanmoins ils se sont accrochs, avec une certaine russite (mais avec des indications de lenseignant sur la ncessit de prendre des mesures dangles et de distances).

En dfinitif, certaines questions restent poses :

A quel moment, malgr les indicateurs, lenseignant doit-il renonc certaines approches pdagogiques ? Avant de le faire par dception, qui engendre certaines frustrations.

Doit-il expliciter le contrat didactique, avec le risque que les lves ny participent

que par ncessit scolaire ?

A quel moment les lves ralisent-il qutre partie prenante de leur apprentissage est un gage de russite long terme ?

CONCLUSION : ANALYSE DES PRATIQUES Lanalyse de nos pratiques professionnelles est une composante ncessaire dans la construction dun enseignant. Elle existe, dj, dans les dbats avec nos collgues en salle des professeurs. De plus lcriture permet un acte isol (intrieur) daller vers un espace extrieur : le lecteur anonyme ; donc une extriorisation, relative, de nos pratiques. J Beillerot (20) sattarde sur lexpression analyse des pratiques professionnelles : lanalyse implique une opration de fragmentation, elle induit la reconnaissance quun ensemble est constitu de parties identifiables, linverse on ne peut admettre que le tout est, seulement, la somme de ses parties. Nos pratiques ayant une double dimension, dun ct le langage, les conduites et de lautre les stratgies, les rgles et les idologies invoques, lanalyse ne permet pas la comprhension et linterprtation des non-dit . Nanmoins, elle obit un principe : Laffirmation que le changement des conduites humaines implique la collaboration libre du sujet, ce qui nexclut pas ses rsistances ; que cest par sa conscience, puis sa comprhension des situations et des phnomnes que le sujet accdera une possible transformation (20) . En cela lanalyse permet de complter notre propre comprhension de nos pratiques pdagogiques, de construire une vision plus globale, mme si lanalyse par autrui est ncessaire, comme lexplique M Berthelot (21) : En quoi le sens extrieurement import par lanalyste est-il plus juste que celui exprim par lauteur ? A cet gard, il ny a nulle part de texte vrai et le sens, mme illusoire, donn par lacteur a son histoire participe au plus profond de sa construction . Lcriture peut tre un moyen de revisiter son travail, avec un regard dcal. Elle est surtout une possibilit de mettre des mots (ou des concepts) sur une activit qui, par moment, peut-tre intuitive ou subjective et sur les craintes de lchec et les doutes dun enseignant.

ANNEXE I copie (brouillon) dun binme, classe BEP lectronique 1998 / 1999 N65,0F

d = 15,6 cm

angle = 80 = 60 On connat : On ne connat pas : F

action du dynamomtre sur AB C

action de laxe sur AB P

action de la terre sur AB Bilan des actions connues

Force Nature Pt. dapplication

Direction sens Intensit

F

De contact ponctuel

B

0,65 N

P

A distance rpartie

O

1,5 N

Bilan des actions non connues

C

De contact ponctuel

A

?

Dynamique des forces 2 cm 0,5 N

O

A

B

d1 15,6 cm

d2

60

80

18 cm

F

C

P

O

B

d

F

M(F/O) = FOBSin() F = OBsin() P = mg

P = OAsin(60) d 18sin(60) 15,6

M(F1/ O) = M(F2 / O) F1. D1 = F2 . D2 P. d1 = F. d2

P = cm6,15

cm3665,0dd.F

1

2

N5,1156,0

36,065,0P

6 cm

2,6 cm

4,7 cm

F

P C

ANNEXE II : copie dun binme, classe BEP lectronique 2002/ 2003 Action du dynamomtre sur la barre : D

Action du poids sur la barre : P

Action de laxe sur la barre : A

Force Direction sens

Point dapplication Intensit

D

Contact ponctuel

1,33 N

P

Distance rpartie

1,2375 N

A

Distance rpartie

1,4375 N Donc comme P est milieu des points AD. Ce qui indique le dynamomtre est 2 fois plus lourd

que le poids M, le poids est de 0,665 N La barre exerce une force sur laxe A

Schma : 1 N = 4 cm

P

A

D Action de laxe sur la barre

( A

)

68

54

Indique 1,33 N

D

A P

1,33 N

P = 1,2375 N

D

A 1,4375 N

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