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REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGOUNIVERSITE PEDAGOGIQUE NATIONALE
Chaire Unesco en Sciences de l’Education pour l’Afrique CentraleAntenne Nationale de KinshasaDEA en Didactique de Physique
Travail Pratique De
Didactique de la Physique
Résumé de Quelques Résultats de Recherches en Didactique de la Physique au service de la Formation des Maîtres.
Élaboré par :
MPANDA MAKAMBUA TOKO MarcelE-mail : [email protected] E-mail: [email protected]él. : 00243815407209 (RDC) Tél : 00243898390687 (RDC) 00244923712654 (Angola) 00244924169998(Angola)
Dirigé par :Professeur Ordinaire NTAMPAKA
Kinshasa-Janvier 2010
TABLE DES MATIÈRES
Table des matières…………………………………………………………………….1
Introduction…………………………………………………………………………...2
I. Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de l’électricité…………………….6
Texte 1 : Enseigner l’électricité élémentaire………………………………………… 6
Texte 2 : Apprendre et comprendre les concepts clés de l’électricité……………… 14
II. Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de la Mécanique……………… 19
Texte 3 : Conceptions des élèves et résolution des problèmes en Mécanique……… 19
III. Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de la Thermodynamique…… 24
Texte 4 : Faits expérimentaux et formes de raisonnement en Thermodynamique : Approche commune chez les apprenants…………………………………………….. 24
IV. Différents textes de Didactique de la Physique……………………………….. 29
Texte 5 : Causalité dans l’apprentissage des ssciences……………………………… 29
Texte 6 : L’application en classe de modèle allostérique d’apprentissage de Giordani : une contribution à l’acquisition des compétences terminales en Chimie et en Phys 44
Texte 7 : Une introduction de conception en Didactique de la Physique……………53
Texte 8 : Ètude de l’activité des élèves de lycée en situation d’enseignement de la Physique………………………………………………………………………………..56
Texte 9 : Le problème de Physique et sa pédagogie. Comment les élèves s’y prennent-ils ?..................................................................................................................................62
Conclusion…………………………………………………………………………... 66
1
INTRODUCTION
Les textes proposés pour lecture et résumé en guise des travaux pratiques des
séminaires de DEA en didactique de Physique à la chaire UNESCO à l’UPN-Kinshasa
sont la plupart des Résultats de Recherche en Didactique de la Physique au service de
la Formation des Maîtres.
La synthèse que nous proposons dans ces pages a pour but de mettre à la
disposition des formateurs de maîtres en physique, en formation initiale ou continue, les
résultats de la recherche en didactique de la physique déjà entrepris au niveau
international.
Certaines références objectées sont des chapitres publiés dans le livre de la
Commission internationale sur l'enseignement de la physique (ICPE) dont les éditeurs
principaux sont : Andrée Tiberghien, E. Leonard Jossem, Jorge
Barojas.(http://icar.univ-lyon2.fr/Equipe2/coast/ressources/ICPE/francais/TOC.asp).
D’autres textes proposés à résumer et ne constituant pas de chapitres de ce livre
s’alignent logiquement, par leur nature, sur les pistes des courants actuels de recherche
en Didactique de Physique.
De nos jours, la recherche en didactique de la physique est un défi pour plusieurs
raisons :
La recherche en didactique de la physique est un domaine de recherche très
récent (40 ans environ). Dans cette option, il peut s'avérer difficile de trouver des
résultats qui soient immédiatement transférables à la pratique.
La recherche en didactique émerge dans un processus de différenciation entre la
recherche dans la discipline, l'enseignement de cette discipline, et la recherche
sur l'enseignement et l'apprentissage de la discipline. Ce processus de
différenciation a atteint des stades variés selon les pays. Dans tous les cas, les
formateurs de maîtres jouent un rôle central dans la mesure où ils doivent utiliser
des connaissances de chacun de ces trois domaines : recherche en physique,
recherche en didactique de la physique et expérience pratique de l'enseignement
de la physique.
2
De plus, en raison de la relative nouveauté de la recherche en didactique de la
physique, il n'existe pas de nos jours de réel consensus sur un large corpus de
savoir.
Pour toutes ces raisons, l’intention de plusieurs chercheurs est de présenter
différentes approches de recherche de manière à ce que les formateurs de maîtres soient
informés de la variété et de la richesse de ce domaine, même si, du fait de la jeunesse de
la recherche en didactique de la physique, il n'est pas toujours possible que les résultats
obtenus soient directement utilisables pour la formation des maîtres. Les parties de
recherche souvent explorées pour expliciter ces différences et ainsi fournir une vue
d'ensemble de l'état de la recherche actuelle sont :
Perspectives sur la physique,
Connaissances des élèves et apprentissage,
Attitudes et pratiques des enseignants,
Développement de programmes,
Évaluation et situations d'enseignement
Le modèle du triangle didactique de Houssaye bien connu, où les trois sommets
savoir - élèves - enseignants interagissent au sein de la structure du système éducatif,
décrit ci bas les relations entre le triangle didactique et ces différentes parties :
3
Ce triangle est une manière de structurer le champ de l'éducation quand on prend
la perspective d'étudier l'enseignement et l'apprentissage d'une discipline spécifique,
qui, dans notre cas, est la physique. Chacune des quatre parties est directement relative à
un sommet du triangle, même si les interactions avec les autres sommets sont prises en
compte. Une partie : "développement de programmes, contrôles des connaissances et
situations d'enseignement" traite simultanément des trois sommets. Les non-spécialistes
de la recherche considèrent fréquemment ce thème comme étant central pour ce
domaine de recherche ; c'est toutefois le thème qui semble le plus difficile à
appréhender :
Concernant les Perspectives sur la physique, il est connu que l'enseignant de
physique a un seul type de pratique de la physique ; il utilise un savoir déjà
établi par d'autres. En tant qu'enseignant, il doit "manipuler" le savoir de
manière à l'enseigner, afin de le rendre apprenable par ses élèves tout en
respectant le programme officiel (s'il existe). Il n'utilise pas directement le savoir
produit par les chercheurs, mais un savoir intermédiaire qui a déjà été reformulé.
Ce savoir a été l'objet de transpositions faites sous des contraintes variées,
comme les conditions d'enseignement (les objectifs de l'enseignement sont ceux
qui sont établis par la société), et la nécessité de légitimation par la communauté
de la physique. Dans ces transpositions, les manières de considérer le savoir de
la physique peuvent être très différentes. Il nous semble utile pour les
professeurs d'avoir une appréciation de cette variété de points de vue sur la
physique.
Au niveau des Connaissances des élèves et apprentissage, le domaine le plus
ancien en didactique de la physique, ces recherches dans plusieurs pays ont été
le produit secondaire du développement important de projets ; ces recherches
visaient à mieux comprendre les difficultés des élèves dans l'apprentissage des
aspects conceptuels de la physique ; il s'agit des travaux sur les conceptions des
élèves appelées aussi conceptions alternatives ou misconceptions suivant les
auteurs. Les résultats de ces recherches constituent un corps important de savoir
qui peut être utilisé. Une connaissance des conceptions des élèves joue aussi un
rôle important pour les recherches sur les curriculums, l'évaluation et les
situations d'enseignement.
4
Les Attitudes et pratiques des enseignants sont des sujets de recherche plutôt
récents en didactique de la physique. Des résultats récents de recherche abordent
les relations entre les croyances des enseignants et leurs activités
d'enseignement, ce qui est un domaine de recherche d'un grand intérêt pour les
formateurs de maîtres.
La partie sur le Développement de programmes, contrôles des connaissances et
situations d'enseignement, traitant simultanément des trois sommets du triangle,
illustre la complexité de ces objets d'étude. Peut-être est-ce pour cette raison que
le développement de curriculums fait l'objet de nombreux projets d'innovations.
Les innovations ont pour objectif d'améliorer l'enseignement sans faire un détour
par la recherche ; elles sont considérées comme étant des réponses directes aux
difficultés de l'enseignement de la physique. Dans cette partie, l'aspect de
l'évaluation et du contrôle des connaissances est également inclus, puisqu'il
s'agit d'un "régulateur" crucial de toute activité d'enseignement. Ce domaine a,
depuis longtemps; fait l'objet de recherche, et présente les aspects importants de
l'évaluation dans le fonctionnement des systèmes éducatifs de nos sociétés. Cela
montre également la variété des rôles de l'évaluation et l'importance que les
enseignants en soient informés et qu'ils reconnaissent le besoin d'élargir leur
panoplie des méthodes d'évaluation qu'ils utilisent. Ce dernier aspect est crucial
si les systèmes éducatifs veulent évoluer au même rythme que notre société.
Le savoir physique est l'un des liens principaux entre les parties, pas en tant que
tel, mais comme faisant partie du processus d'interaction, soit entre personnes - c'est-à-
dire entre élèves ou entre enseignants et élèves - ou entre institutions - communauté de
la physique, système éducatif, société civile. Ces processus d'interaction contraignent
les formes prises par le savoir. Ainsi, l'enseignement de la physique est, dans son
essence même, un processus d'interaction qui implique des objets d'étude et des
pratiques professionnelles complexes, et qui conséquemment nous entraîne dans un
terrain difficile mais fascinant.
Pour question d’organisation et de structuration, nous résumons ces textes en les
groupant en quatre catégories :
Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de l’Électricité
5
Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de la Mécanique
Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de la Thermodynamique
Autres textes de Didactique de la Physique
I. Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de l’Électricité.
Texte 1: Enseigner l’électricité élémentaire
Auteur: Dimitri Psillos, School of Education, Aristotle University of
Thessaloniki, Grèce
URL: http://icar.univ-lyon.2.fr/Equipe2/Coast/ressources/ICPE.../E4.htm
«Enseigner l’électricité élémentaire» est une recherche théorique de type diagnostic sur
l’enseignement de l’électricité identifiant et tenant compte des difficultés
d’apprentissage des élèves. Il informe donc sur les connaissances des élèves et leur
apprentissage en électricité. Cette recherche est fondée sur des approches
constructivistes et s’est centrée sur des cheminements alternatifs qui peuvent faciliter la
construction de connaissances scientifiques par les élèves. C’est un article qui fournit
des directives sur la planification et analyse de situations d’enseignement en électricité
élémentaire.
Dans ce travail, l’auteur elargit le champ experimental de façon à inclure non
seulement les états stationnaires mais également les situations évolutives :
de lier les phenomenes électrocinétiques et électrostatiques,
de développer des modèles adaptés au raisonnement causal des élèves,
de débuter la modélisation conceptuelle par la tension et l’énergie en
introduisant ces concepts comme primaires et non comme des concepts
relationnels,
de présenter une hiérarchie de modèles permettant de répondre progressivement
à des questions sophistiquées et conduisant à des niveaux croissants de
compréhension.
Pour montrer l’efficacité de cette séquence, l’auteur, partant d’une étude
bibliographique, introduit son travail en décrivant les difficultés des élèves apparaissant
6
sûrement à tous les domaines impliquant des processus physiques mais spécialement
limitées, dans cette étude, à l’électricité élémentaire.
Selon les analyses reportées dans cette problématique, les élèves ont des
difficultés d’apprentissage relatives :
1. au développement de raisonnement systémique qui, fondamentalement différent
du raisonnement causal linéaire «source-consommateur», est nécessaire pour
comprendre le circuit électrique comme un système fermé dans lequel tous les
composants interagissent entre eux et toute perturbation s’étend dans toutes les
directions.
2. à la différenciation conceptuelle de «courant/énergie», la tension étant
considérée comme une propriété du courant indiquant sa « force ».
3. selon Frederiksen & White (1992), à l’établissement des relations
phénoménologiques communes évidentes entre l’électrocinétique et
l’électrostatique, entre l’attraction ou la répulsion des corps électrifiés et
l’éclairage électrique.
4. à relier différents modèles, qualitatifs et quantitatifs, macroscopiques et
microscopiques, selon Elyon & Gniel(1990)
Ainsi, pour trouver une remédiation à toutes ces difficultés d’apprentissage,
l’auteur de cet article specifie, partant d’une perspective constructive de l’enseignement
et de l’apprentissage, deux courants didactiques ou cheminements pour enseigner
l’électricité élémentaire :
En se referant aux idées de Berg et Grosheide (1993), la première approche
s’appuie sur la faisabilité et la valeur éducative de la poursuite de la
compréhension par les élèves du mécanisme du circuit électrique. Celle-ci
ressort des applications importantes comme l’électricité à la maison et/ou
l’économie de l’énergie électrique et des stratégies efficaces pour rendre
apprenables les caractéristiques essentielles de sujets plus traditionnels, tels que
la fonction des circuits électriques.
Swedes inspire la deuxième approche qui s’appuie sur les analogies et le
raisonnement analogique comme moyen pour induire le changement conceptuel
7
chez les élèves en donnant l’exemple des analogies hydrauliques pour la
compréhension des circuits électriques comme système fermé.
Les stratégies de confrontation constituent un moyen de faciliter ce changement
conceptuel. Ce présent article fournit les grandes lignes des aspects clés de cette
approche pour enseigner l’électricité de base dans l’enseignement secondaire général.
De prime à bord, toute approche de l’enseignement et de l’apprentissage de la
science se centralise sur le savoir scientifique dont la principale fonction est la
modélisation du monde réel. Le noyau du savoir scientifique comprend les modèles
d’objets réels et les processus qui sont élaborés et partagés par la communauté
scientifique de manière à interpréter la nature. Concernant la structure et l’objet du
savoir scientifique à enseigner, l’épistémologie constructiviste affirme qu’il y a des liens
forts entre les questions posées à la nature, les observations et le cadre théorique. Et il
est à retenir que les questions qui sont pertinentes dans un contexte théorique n’ont pas
de sens dans un autre. Toute approche théorique réfère à un champ expérimental et est
instrumentale dans la structuration de ce champ. Les explications restent intégrées dans
un cadre théorique dont l’évolution implique un changement du type d’explication et de
causalité acceptée par la communauté scientifique. Ainsi, grâce à l’interaction continue
et quotidienne entre modèles et théories, phénomènes et idées, les idées personnelles des
élèves subissent de manière particulière un changement conceptuel d’interpréter la
nature.
Pour traiter de sujets importants faisant correspondre les difficultés
d’apprentissage des élèves avec les perspectives épistémologiques ci haut stipulées,
l’auteur présente brièvement trois hypothèses suivantes :
Enseigner la science devrait impliquer tous les niveaux du savoir scientifique,
c’est-à-dire la théorie, les modèles et le champ expérimental. Ceci implique la
nécessité de transposition didactique afin d’adapter le savoir scientifique à la
causalité des élèves.
Enseigner la science devrait impliquer une cohérence entre les modèles à
enseigner et le champ expérimental, c’est-à-dire la présentation successive de
modèles conceptuels plus puissants.
8
Enseigner la science devrait impliquer des constructions hypothétiques des
modèles qui nécessitent un processus de validation pour le développement du
savoir scientifique.
Le concept central formulé dans ces hypothèses est le développement successif
de modèles pour décrire les aspects principaux d’une séquence d’enseignement en
électricité élémentaire. Plusieurs groupes d’élèves (15 ans) de la fin de l’école
secondaire obligatoire en Grèce, ayant étudié la physique durant deux ans, ont servi de
champ expérimental. D’un côté, les objectifs conceptuels de cette séquence, pour faire
mention de la théorie, comportent la description et l’interprétation du comportement
d’un circuit et des phénomènes électrostatiques en terme des grandeurs physiques V, I,
R, E, Q et t. D’un autre côté, les objectifs cognitifs motivant la conception des modèles,
comportent la différenciation des concepts V, I et E, le développement et l’utilisation de
modèles appropriés pour rendre compte des phénomènes électriques, le lien des
phénomènes électrostatiques et électrocinétiques et le développement d’une idée
systémique des circuits électriques.
L’idée systémique d’analyse et de compréhension plus profonde des concepts
d’électricité élémentaire implique une logique d’étude interne et structurée de la
séquence d’enseignement en quatre parties consécutives :
La partie phénoménologique traite des questions relatives à des objets et
évènements familiers mais non évidents aux élèves qui sont formulées au
niveau des phénomènes électriques et les expériences.
L’objectif de cette partie est de ramener les élèves à comprendre, à prédire et
à interpréter le circuit fermé de manière à construire les relations de
causalité relatives aux événements instantanés comme la brillance de
l’ampoule et aux événements se prolongeant dans le temps comme la durée
de l’éclairage ou la vie de la pile, par exemple, «plus de piles en parallèle
implique un éclairage sur une plus longue durée».
Comme le savoir acquis par les élèves est dans la lignée du modèle «source
consommatrice», l’enseignement à ce stade est limité à l’établissement des
relations entre des grandeurs observables comme le nombre de piles et
d’ampoules, la configuration du circuit et les variations de l’éclairage.
9
L’intensité et la durée de l’éclairage sont toutes deux considérées comme
étant des effets importants. Ceci facilite l’intelligibilité du nouveau savoir et
la construction de modèles causaux pour le fonctionnement du circuit.
La partie conceptuelle est fondée sur la modélisation de phénomènes
électriques au niveau macroscopique (en incluant les concepts de tension,
d’intensité, d’énergie, de résistance et de temps) voire microscopique
(particules chargées, électrons). Il est à souligner que le point de départ pour
la modélisation conceptuelle des circuits électriques est un sujet sur lequel il
n’y a pas un accord entre tous les chercheurs.
L’objectif de cette partie est de ramener les élèves à développer une nouvelle
relation entre l’énergie et l’intensité du courant.
Comme le domaine de connaissance doit être adapté au raisonnement
séquentiel qui informe sur la causalité, le progrès conceptuel et
l’intelligence des élèves, l’enseignement à ce niveau implique deux
modèles :
le premier est le modèle du flux qui met en jeu les grandeurs
physiques tension, intensité et résistance ainsi que leurs relations.
L’auteur pense que faciliter la construction du concept de résistance
joue un rôle prépondérant dans le développement de flux
macroscopique et fournit un pont vers le modèle microscopique.
L’accent devra donc être mis sur l’enseignement de la résistance
après développement du concept d’abord de tension et ensuite
d’intensité en s’appuyant sur l’analogie hydraulique. Par la suite,
relier les résistors aux ampoules fait assigner à ces deux objets deux
fonctions qui sont celles d’utilisateur d’énergie et de régulateur de
courant. Ceci est une étape cruciale où le flux de courant peut
acquérir une signification pour les élèves, c’est-à-dire que le flux de
quelque chose peut devenir le flux de particules matérielles
invisibles. Donc dans le modèle du flux, la tension est introduite
comme un concept primaire avec une référence directe à la pile, ce
qui signifie que c’est son potentiel qui établit le courant dans un
circuit. La tension est reliée de manière causale à la génération de
courant.
10
Le deuxième est le modèle énergétique qui met en jeu les grandeurs
physiques Energie et Temps après développement des concepts
Intensité et Energie impliquant une différenciation conceptuelle. Le
modèle «entassé» pour l’intensité s’inscrit bien dans la lignée du
traitement séquentiel des changements dans un circuit électrique.
Dans le modèle énergétique, l’énergie est reliée au volume de la pile
(pour des piles du même type), en ce sens qu’une pile est un réservoir
d’énergie. De ce fait, l’énergie stockée dans la pile est reliée de
manière causale à la durée de l’éclairage. Cette approche est
radicalement différente de nombreuses autres approches
traditionnelles dans lesquelles la tension et l’énergie sont introduites
par des relations fonctionnelles. Ce qui prouve que les élèves
comprennent mieux les propriétés des objets que les relations entre
concepts.
La partie microscopique fournit une explication au niveau du mécanisme
microscopique de manière à rendre compte de la fonction d’un resitor et de
la circulation du courant en se servant des modèles causaux qualitatifs. Leur
développement fournit des réponses à la question cruciale à ce stade de
savoir relier les champs électrostatiques et électrostatiques, apparemment
séparés pour les élèves. Aussi, en se servant de la machine de Whimshurst,
des expériences, analogies, métaphores, concepts et structures conceptuelles
restent-ils utilisés pour établir des liens à la fois aux niveaux des
phénomènes et du modèle causal simplifié et attractif pour les élèves. Ce
modèle, centré sur la pile, est utilisé pour fournir un mécanisme explicatif du
fonctionnement d’un circuit électrique : la tension correspond au surplus et
au manque d’électrons, crées par les réactions chimiques, sur les bornes de la
pile. Les forces d’attraction et de répulsion exercées sur les électrons libres
en les mettant en mouvement sont la cause du courant électrique. Dès lors,
les variables macroscopiques Intensité, Tension et Résistance électrique
acquièrent une représentation microscopique qui facilite les relations micro-
macro.
11
La partie quantitative renforce la vue systémique du circuit électrique traité
de forme semi-quantitative dans les parties précédentes. A cette étape, les
élèves, ayant acquis qualitativement les concepts de l’électricité élémentaire
avec leur représentation microscopique, sont impliqués à mesurer avec
appareils de mesure appropriés, à comparer des grandeurs, à prédire et à
interpréter de manière quantitative voire graphiquement les différents aspects
des relations mathématiques de la loi d’Ohm, de Pouillet, d’association des
resistors…A la fin de cette partie, les élèves apprennent que tout changement
local implique un changement global dans le circuit.
Les stratégies et techniques d’enseignement, qui ont sous-tendu les activités
constructives des élèves en vue de faciliter la compréhension des modèles ou des
stratégies de confrontation lors de l’expérimentation et des discussions collaboratives
de prédilection ou d’interprétation des phénomènes, ont intégré logiquement deux
épisodes : celles premièrement de faciliter la différenciation conceptuelle et ensuite
d’induire un conflit cognitif significatif.
Les étapes essentielles pour faciliter cette différenciation conceptuelle peuvent
viser à renforcer les caractéristiques conceptuelles qui sont peu développées dans les
connaissances initiales des élèves : la discrimination entre les caractéristiques des
différents concepts et l’établissement de relations nouvelles entre les concepts.
Les aspects de cette épisode d’enseignement consiste à :
Changer le niveau de questionnement à la fin de la partie phénoménologique
en introduisant des concepts de tension et d’énergie en vue de faciliter
l’utilisation par les élèves des caractéristiques de ces concepts comme
éventuelles réponses.
Elargir le champ expérimental des piles et ampoules aux voltmètres et leurs
lectures.
Valider les nouvelles connaissances issues des modèles conceptuels à partir
des données qualitatives familières et semi-quantitatives servant de moyen
pour décrire les attributs de ces concepts.
12
Introduire les modèles significatifs de l’énergie et du flux en vue de
permettre aux élèves de changer le niveau des relations causales en décrivant
et interprétant des phénomènes similaires en termes de grandeurs physiques.
Elaborer les modèles en utilisant ce qui est familier pour les élèves.
Induire un conflit significatif vise à faciliter la construction par les élèves d’un
modèle pour les résistors et le concept de résistances. Ce deuxième épisode utilise une
stratégie fondée sur l’acquisition progressive des connaissances préliminaires relatives à
la résistance par les élèves, lesquelles restent toujours interprétables en terme de modèle
«Source consommatrice».
Les étapes essentielles de cet épisode concernent :
La confrontation avec des contre évidences reconnaissables par les
élèves qui est un aspect crucial pour l’efficacité d’une telle stratégie.
La présentation concomitante d’une explication alternative meilleure des
deux fonctions du résistor à savoir : être un chemin pour le courant et
être un utilisateur de l’énergie, en termes de mécanisme microscopique
unificateur où les électrons sont présentés comme les particules qui
remuent et qui chauffent les fils par friction
L’application de nouvelles connaissances concernant la résistance
facilitée par l’interprétation des résultats précédents.
Les résultats expérimentaux de l’application de cette séquence telle décrite ci-
haut permettent, selon les analyses de l’auteur, deux points de vue :
Le point de vue pessimiste regarde les conceptions alternatives qui se
manifestent chez un certain nombre d’élèves en dépit de leur implication dans
une importante séquence d’enseignement constructive spécialement conçue ou
probablement créée par l’interaction entre l’enseignement et les connaissances
des élèves.
Le point de vue optimiste prudent considère deux effets : premièrement les
progrès considérables qui ont été réalisés pendant et après enseignement, et
deuxièmement les résultats qui sont significativement meilleurs en comparaison
des pratiques existantes entre différentes écoles.
13
Dès lors, l’auteur suggère que, pour l’enseignement de l’électricité élémentaire,
on modifie la représentation traditionnelle des connaissances qui est basée sur les
contenus en une représentation des connaissances qui soit valide pédagogiquement. Par
conséquent, un changement conceptuel doit se produire dans l’esprit des concepteurs de
programmes, des formateurs de maîtres et des enseignants.
Texte 2 : Apprendre et comprendre les concepts clés de l’électricité
Auteurs :
Reinders Duit, Institute for Science Education at the University of Kiel,
Germany
Christoph von Rhöneck, Pädagogische Hochschule Ludwigsburg,
Germany
URL:http://icar.univlyon2.fr/Equipe2/coast/ressources/ICPE/francais/partieC/
C2.doc
Ce chapitre écrit par Renders Duit et Christoph von Rhöneck fournit une vue
d'ensemble de la plupart des recherches qui ont été menées sur la compréhension par les
élèves de l'électricité. L’électricité est l’un des domaines de base de la physique qui est
important quel que soit le niveau d’enseignement. A l'école primaire, les jeunes enfants
acquièrent de l’expérience avec des circuits électriques simples. Aux niveaux suivants,
l’électricité est systématiquement enseignée et constitue un thème important pour tous
les types d’études.
Ce chapitre a deux objectifs principaux :
le premier est de résumer brièvement les résultats sur les conceptions des élèves
dans le domaine de l’électricité avant et après enseignement ainsi que ceux sur le
double rôle de ces conceptions dans les processus d’enseignement et
d’apprentissage. Dans ce double rôle, les conceptions constituent des obstacles à
l’apprentissage et sont des éléments dans le processus de construction de la
compréhension par les étudiants.
Le deuxième objectif est d’utiliser la connaissance des difficultés
d’apprentissage en électricité pour attirer l’attention sur des aspects plus
14
généraux du rôle des conceptions avant enseignement dans l’apprentissage de la
physique.
Pour des raisons de brièveté de description du premier objectif, les auteurs
présentent et discutent les différentes conceptions sans se référer à l’évolution des
conceptions des élèves avec l’âge et le niveau d’enseignement.
L'accent est mis sur les circuits simples comportant des piles et des ampoules.
Les auteurs, en citant plusieurs études, décrivent certaines difficultés conceptuelles des
élèves (avant l'université) sur l’intensité, la tension et la résistance :
Au niveau des significations quotidiennes de l’intensité : les significations des
mots pour l’intensité dans les langues européennes sont généralement plus
proches de la signification en physique de l’énergie que de l’intensité. En
d’autres termes, le mot intensité dans le langage de tous les jours comprend un
grand éventail de significations avec une prédominance pour l’idée d’énergie
Au niveau de l’identification de l’effet causal entre les piles et les ampoules :
Chez les élèves, l’effet causal linéaire entre la pile et l’ampoule
n’implique pas un circuit fermé : habituellement, les élèves développent
l’idée qu’un agent se déplace de la pile à l’ampoule. Cet agent peut être
appelé électricité ou courant électrique. L’électricité, ou courant, est
stockée dans la pile et peut "demeurer" dans les fils. L’agent est
consommé dans la pile, c’est-à-dire qu’il n’existe pas d’idée de
conservation de l’électricité chez ces élèves.
Un nombre significatif d’élèves pensent qu’un fil entre la pile et
l’ampoule est suffisant et que le deuxième fil dans les circuits
fonctionnant dans la vie de tous les jours sert simplement à amener plus
de courant à l’ampoule. Il y a aussi des résultats montrant que deux types
de courant vont tous les deux de la pile à l’ampoule ; ils sont parfois
appelés courants "plus" et "moins" (voir ci-dessous). Dans l’ampoule, il
y a un conflit entre les deux courants, notion qui a été appelée "les
courants antagonistes" (Osborne, 1983), ou bien il y a une sorte de
réaction (chimique) qui conduit à la lumière fournie par l’ampoule.
La recherche a montré que l’idée de consommation de courant ne
disparaît pas avec l’enseignement formel : les élèves considèrent le
15
courant comme une sorte de combustible qui s’écoule de la pile à
l’ampoule et qui est alors consommé.
Au niveau de la consommation du courant, la conception comme quoi le courant
est consommé est persistante chez les élèves même après enseignement puisque,
pour nombreux d’entre eux la conservation du courant est en désaccord avec le
fait que la pile doive «se vider».
Au niveau du raisonnement local, les élèves concentrent leur attention sur un
point du circuit ignorant ce qui se passe ailleurs, par exemple, beaucoup d’élèves
considèrent la pile comme une source à intensité constante et non comme une
source à tension constante.
Au niveau des significations du concept Tension : Avant enseignement, les
élèves lient la tension à la "force de la pile" ou à "l’intensité ou force du
courant". Même après enseignement, ils utilisent encore le concept de tension
comme ayant approximativement les mêmes propriétés que le concept
d’intensité.
Au niveau du raisonnement séquentiel : les élèves analysent un circuit en termes
de "avant" et "après" que le courant "passe" à cet endroit. Une modification au
"début" du circuit influence les éléments qui sont après, alors qu’une
modification "à la fin" n’influence pas les éléments situés avant. L’information
de la modification est transmise par le courant électrique.
Au niveau des significations du concept Résistance, par exemple dans le cas de
deux circuits en parallèle, où les élèves ont des difficultés à l’établissement des
relations de variations entre les résistances associées et les intensités des
courants dérivés.
La recherche a montré de manière générale que les conceptions des élèves sont
spécifiques du contexte, c’est-à-dire qu’elles dépendent de la tâche concrète qui est
présentée. Même après enseignement, des éléments des conceptions avant enseignement
restent approximativement reliés à certains éléments des concepts enseignés. Si la
situation change entre un premier exercice et un autre similaire (du point de vue du
physicien), les élèves peuvent employer des conceptions très différentes pour résoudre
la tâche.
Les résultats de cet important corpus de recherche montrent clairement que les
conceptions avant enseignement des élèves influencent profondément ou même
16
déterminent l’apprentissage. La plupart des conceptions des élèves ont montré qu’elles
constituaient des obstacles à l’apprentissage, car elles sont en opposition aux concepts
physiques qui doivent être appris.
Comment alors utiliser la connaissance des difficultés d’apprentissage en électricité
pour attirer l’attention sur des aspects plus généraux du rôle des conceptions avant
enseignement dans l’apprentissage de la physique ?
Du fait que les conceptions des élèves avant enseignement doivent constituer le
point de départ nécessaire de chaque processus d’apprentissage, les obstacles doivent
être surmontés de manière intelligente. Comme les conceptions peuvent aller au-delà
des preuves empiriques et des processus d’apprentissage des élèves, dès lors, les auteurs
orientent d’enseigner l’électricité en tenant compte de leurs difficultés d’apprentissage.
Ici également, la recherche a fourni des approches précieuses qui peuvent conduire à des
enseignements et des apprentissages plus efficaces et plus agréables pour les
enseignants et pour les élèves, dans le domaine de l’électricité comme dans d’autres
domaines.
De ces approches, Il apparaît trois points clés :
1. Le flux de courant et le flux d’énergie doivent être clairement différenciés
depuis le tout début de manière à prendre en compte les idées des élèves sur la
consommation du courant qui sont très résistantes à l’enseignement.
2. L’intensité et la tension doivent être différenciées très tôt de façon à fournir aux
élèves une notion du phénomène de flux de courant qui comporte l’idée d’un
flux de quelque chose dans le circuit et celle d’une "force" directrice de ce flux,
mais aussi qui permette de distinguer ces deux idées.
3. De manière à traiter le raisonnement "local" et "séquentiel" précédemment
discuté qui domine les idées des élèves sur le flux du courant, il est nécessaire de
guider également très tôt les élèves vers une "idée de système" du circuit
électrique (Härtel, 1985). Lorsqu’il se produit un changement de n’importe
quelle sorte dans un point du circuit, il y a également des changements
simultanés dans les autres points. Un modèle approprié ne se fondera pas sur des
charges (ou des particules) se déplaçant individuellement, mais sur une approche
où toutes les particules sont intimement interconnectées.
17
Cette façon d'aider les élèves à améliorer leur compréhension se veut
constructive puisqu’elle tient compte des changements conceptuels sans ou sous
condition, des chemins d’apprentissage continus et discontinus observés.
Il a aussi été largement prouvé que les étudiants, qui ont étudié la physique au
début de leurs cursus universitaires, ont des difficultés conceptuelles similaires
(McDermott and Shaffer, 1992). Il faut inclure parmi ces étudiants les professeurs de
l'école élémentaire, du collège et du lycée, aussi bien ceux qui enseignent que ceux en
formation initiale. Puisque l'électricité fait partie de l'enseignement pré universitaire, il
est important que les professeurs dépassent leurs difficultés relatives à ce contenu et
deviennent familiers avec les stratégies efficaces d'enseignement qu'ils peuvent utiliser
pour aider leurs élèves.
Ayant donc pour but d'attirer l'attention sur les résultats de recherche sur la
compréhension par les étudiants des circuits électriques, l'identification des difficultés
dans ce travail constitue seulement une partie de la contribution que peut faire la
recherche à l'amélioration de l'enseignement. Par ailleurs, l’utilisation des résultats pour
guider le développement de l'évaluation de l'enseignement s’impose car il y a encore
beaucoup à faire.
Ainsi, restent-elles encouragées des recherches qui portent sur des stratégies évitant le
conflit cognitif, c’est-à-dire qu'elles proposent de commencer l'enseignement par les
facettes des conceptions des élèves avant enseignement qui partagent déjà au moins
quelques aspects communs avec le point de vue de la physique. A partir de ce noyau de
conformité il y a un développement vers le point de vue de la physique par
l’intermédiaire d’un chemin principalement continu. Selon Jung (1986), un type de
telles stratégies peut être appelé "réinterprétation"
18
II. Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de la Mécanique
Texte 3 : Conceptions des élèves et résolution de problèmes en mécanique
Auteur:Lillian C. McDermott, Department of physics, University of
Washington, Seattle, Washington, USA
URL:http://icar.univlyon2.fr/Equipe2/coast/ressources/ICPE/francais/partieC/
C1.doc
Cet article est un autre chapitre du livre de l’ ICPE sous la responsabilité de
Laurence Viennot et informe sur les connaissances des élèves et leur apprentissage en
Mécanique. C'est un domaine qui a probablement été l'objet du plus grand nombre de
travaux durant ces deux dernières décades. Les investigations ont montré qu'avant
enseignent sur un sujet donné, les enfants et les étudiants ont habituellement un
ensemble d'idées et de manières de raisonner très différentes de celles de la physique, et
que ces idées sont souvent extrêmement résistantes à l'enseignement.
Il faut noter qu'un aspect important ressort de toutes ces études sur la
compréhension commune des apprenants : on ne peut pas mener des investigations sur
les idées des élèves dans un domaine donné de connaissance sans réexaminer cette
connaissance, ce processus peut conduire à de nouveaux buts d'enseignement. L'analyse
du contenu et l'investigation de la compréhension commune des apprenants sont deux
approches qui sont nécessairement et intimement liées.
En Mécanique, ces recherches de Lillian C. McDermott fournissent les moyens
de trouver de nombreux résultats concernant les idées courantes des élèves et des
professeurs stagiaires sur la résolution des problèmes. L’auteur présente aussi des
nombreux tests classiques ainsi que les principales erreurs prévisibles des élèves.
19
L’auteur affirme que, pour orienter des stratégies d’enseignement, un consensus
entre les chercheurs insiste que l’apprenant devrait se trouver en position d’être aussi
actif que possible dans la construction de ses propres connaissances. Cette démarche
pédagogique utilise les moyens comme l’analyse qualitative, le traitement explicite des
idées courantes, le débat, les décisions expérimentales et pédagogiques.
Les questions qui orientent souvent la prise de décision sont les suivantes : Faut-
il rendre les difficultés et les erreurs prévisibles des élèves explicites l’une après l’autre,
test après test, une seule situation étant considérée à chaque fois ? Ou au contraire est-ce
que l’apprenant doit être informé de la "logique" qui semble sous-tendre un ensemble
d’idées courantes ? Si oui, quelle échelle devrions-nous adopter pour grouper les idées ?
Quelles idées devrions-nous prendre en compte ensemble ?
En cinématique, l’auteur fait ressortir les différentes conceptions des
apprenants :
les apprenants confondent les concepts de vitesse et de position et plus
fréquemment les concepts de vitesse et d’accélération sans aucune
compréhension qualitative de l’accélération comme le rapport de Δv/Δt.
La plupart d’étudiants d’université utilisent de manière non appropriée un
modèle causal, c’est-à-dire invoquant des forces ou autres causes de mouvement
Les étudiants comme des professeurs ont des difficultés pour interpréter des
diagrammes de trajectoire des mouvements à deux dimensions uniformes et
uniformément variés
Sur la compréhension du déplacement, de la vitesse et du référentiel, les résultats
de recherche démontrent que plus les problèmes deviennent faciles à résoudre de
manière quantitative, plus il est difficile de différencier les élèves à partir de leur
niveau de compréhension des concepts de base
Sur la compréhension par les élèves des représentations graphiques de la vitesse,
les difficultés se rencontrent au niveau d’établissement des liens entre les
concepts de cinématique, leurs représentations graphiques et les mouvements
d’objets réels.
20
Les moyens propices pour conduire de telles recherches en cinématique sont les
études détaillées conduites à une petite échelle et également à partir de l’utilisation à
grande échelle d’instruments conçus pour évaluer la compréhension conceptuelle. Le
test de compréhension des graphes en cinématique (Test of Understanding Graphs in
Kinematics/TUG-K) est proposé pour tester la capacité des élèves à interpréter les
représentations graphiques du mouvement.
En Dynamique, les résultats de recherche démontrent que les conceptions avant
enseignement sont équivalentes à celles après enseignement. Les idées erronées souvent
produites sur les concepts de force et mouvement sont :
Une force produit un mouvement
Une force constante produit une vitesse constante avec une intensité de la vitesse
proportionnelle à celle de la force
L'accélération est due à l'augmentation de la force ; en l'absence de force, les
objets soit sont au repos, soit ralentissent.
Le mouvement implique une force
Aucune force n’agit sur un objet au repos
La relation entre la force et la vitesse est linéaire
La difficulté d’interprétation des trajectoires dans le cas de mouvements
composés
Les difficultés relatives aux situations mettant en jeu la gravité comme le temps
de chute entre les corps présents et légers : pour eux, l’objet le plus lourd tombe
plus vite.
Les difficultés des élèves de décrire le mouvement, l’équilibre, l’accélération,
les forces internes et externes, et le rôle du fil sur la compréhension de machine
d’Atwood.
Les difficultés des élèves relatives à l’application de la relation fondamentale de
la Dynamique et du théorème de l’énergie cinétique à l’analyse des mouvements
réels.
Les tests importants en Dynamique sont :
21
L’inventaire du concept de force (Force Concept Inventory-FCI), un test à choix
multiple visant à évaluer la compréhension de la dynamique newtonienne par les
élèves. Ce test a pour objectif de déterminer si les élèves sont capables de
distinguer une réponse Newtonienne correcte de croyances populaires mais
erronées de "sens commun".
Le test de mécanique de base ("Mechanics Baseline Test" (MBT)), qui couvre
une plus grande variété de sujets en mécanique Newtonienne que ne le fait le
FCI.
C'est dans le domaine de la mécanique que les capacités des élèves à résoudre
des problèmes de physique ont été étudiées le plus à fond. La résolution de problèmes a
été utilisée par les psychologues cognitifs et les chercheurs en sciences cognitives
comme un contexte permettant d’analyser les processus de pensée.
Une étude a tenté d'identifier les différences dans les manières dont les experts et
les novices résolvent les problèmes de physique. Un des résultats montre une tendance
des experts à catégoriser les problèmes selon une " structure profonde ", alors que les
débutants ont tendance à les catégoriser à partir d'éléments de surface.
Dans une autre étude, la résolution de problèmes a été analysée à partir de trois
étapes principales : description et analyse du problème, construction d'une solution, et
contrôle de la solution. L'analyse de ces étapes a montré que les composantes de la
résolution de problèmes sont trop complexes pour être apprises à partir d'exemples et de
la pratique. La capacité à résoudre les problèmes dépend non seulement de
l'apprentissage des procédures, mais aussi de la capacité à faire appel à des savoirs
annexes appropriés
Dans tous les cas, la manière dont nous rendons les idées courantes explicites
doit être adaptée aux élèves en particulier et aux contextes d’enseignement. Selon le cas,
il peut être utile de se limiter à des aspects de surface des raisonnements courants,
situation par situation, ou au contraire, d’essayer de montrer leurs racines profondes.
Une des motivations principales pour conduire des recherches sur les difficultés
des élèves est d'utiliser les résultats pour guider le développement de curriculums qui
prennent en compte les besoins et les capacités des élèves. Les résultats de toutes les
études discutées ci-dessus sont compatibles avec une perspective d'enseignement et
d'apprentissage qui peut être catégorisée globalement comme étant "constructiviste".
22
Deux éléments importants du point de vue constructiviste sur la manière d'acquérir le
savoir scientifique peuvent être résumés de la manière suivante : tous les individus
doivent construire leurs propres concepts, et le savoir qu'ils possèdent déjà (ou qu'ils
pensent avoir) influence significativement ce qu'ils peuvent apprendre. L'élève n'est pas
considéré comme un récipient passif de connaissance, mais plus comme l'acteur de sa
création.
Ce point de vue sur l'apprentissage est en fort contraste avec celui "transmissif"
selon lequel l'information peut être fournie directement aux élèves dans une forme
utilisable, si seulement elle est énoncée de manière suffisamment claire. La
conséquence serait que le fait d'écouter un cours, de lire un manuel scolaire et de
pratiquer la résolution de problèmes devrait permettre aux élèves de développer une
compréhension fonctionnelle de la physique, c'est-à-dire la capacité de faire le
raisonnement nécessaire pour appliquer les concepts et principes appropriés dans les
situations non encore mémorisées.
Quelques-unes des études expérimentales ci-dessus décrites se sont entièrement
centrées sur l'identification et l'analyse des difficultés des élèves, alors que d'autres ont
pris en compte la conception et l'analyse des stratégies d'enseignement qui abordent ces
difficultés. Les résultats de l'ensemble de ces études conduisent aux généralisations sur
l'apprentissage et l'enseignement ci-après :
La facilité à résoudre les problèmes quantitatifs n'est pas un critère approprié
pour la compréhension fonctionnelle : Les questions relatives à un raisonnement
qualitatif et aux explications verbales sont essentielles.
Une structure conceptuelle cohérente n'est pas un résultat typique de
l'enseignement traditionnel : Les élèves ont besoin de participer au processus de
construction de modèles qualitatifs, ce qui peut les aider à comprendre les
relations et les différences entre les concepts.
Certaines difficultés conceptuelles ne sont pas surmontées par un enseignement
traditionnel. Les difficultés conceptuelles persistantes doivent être explicitement
traitées par des problèmes variés dans des contextes différents.
23
Enseigner en racontant est un mode inefficace d'enseignement pour la plupart
des élèves. Les élèves doivent être intellectuellement actifs pour développer une
compréhension fonctionnelle et la plupart des enseignants ont tendance à
enseigner comme ils ont été enseignés. On devrait fournir aux enseignants
l'opportunité d'apprendre le contenu qu'ils auront à enseigner de la manière
dont ils devront l'enseigner.
III. Textes sur l’enseignement et l’apprentissage de la Thermodynamique
Texte 4: Faits expérimentaux et formes de raisonnement en thermodynamique : Approche commune chez les apprenants.
Auteur : Laurence Viennot, L.D.P.E.S., Université Denis Diderot, Paris, France URL : http://icar.univlyon2.fr/Equipe2/coast/ressources/ICPE/francais/partieC/
C3.html
Cette recherche de laurent Viennot est consacrée aux connaissances des élèves
et à l'apprentissage en Thermodynamique. Il présente les vues communes des élèves sur
certains phénomènes mettant en jeu chaleur et température. Il met l'accent sur certaines
tendances des raisonnements des élèves qui sont transférables à plusieurs domaines de
la physique, en particulier le "raisonnement causal linéaire", une extension du
"raisonnement séquentiel" introduit dans les textes précédents. Cette revue de synthèse
se termine par une analyse des buts possibles de l'enseignement concernant des
phénomènes en thermodynamique, et plus généralement, des problèmes à plusieurs
variables.
Deux approches sont souvent adoptées dans l'investigation des idées communes
des apprenants : le recueil des idées communes sur un sujet particulier, et la recherche
de formes générales de raisonnement. Certaines hypothèses, fondées sur des résultats de
recherche, y sont formulées en définissant des éléments d'un enseignement ayant pour
perspective de rendre les apprenants aussi actifs que possible dans la construction de
leur propre connaissance. Cependant, seules des évaluations approfondies de ces
suggestions permettront d'évaluer leur pertinence.
Cette recherche attire l’attention sur deux problèmes de l’enseignement et de
l’apprentissage de types assez différents :
24
Le premier concerne les difficultés de nombreux apprenants à exprimer leur
compréhension des phénomènes thermiques.
Le deuxième est le défi posé par le raisonnement sur des situations où plusieurs
facteurs influencent simultanément un résultat, avec un ensemble d’effets se
produisant simultanément et non de manière séquentielle.
Les résultats des recherches concernant les difficultés des élèves à saisir les
notions scientifiques de température, chaleur et énergie interne sont considérables. Ils
rejoignent les observations plus informelles des enseignants dans la classe. Peut-être la
principale valeur de la recherche est-elle d’attirer l’attention sur les idées de base avec
lesquelles les élèves ont des difficultés, et qui pourtant peuvent apparaître comme
tellement évidentes à l’enseignant qu’elles peuvent ne pas être du tout enseignées
explicitement.
Nous devons nous rappeler que les plus jeunes élèves ont besoin d’être aidés
pour comprendre :
que tous les matériaux, s’ils sont laissés assez longtemps dans un
environnement à une température fixe, atteindront la température de cet
environnement, sans distinction du matériau dont ils sont faits ;
qu’ils ont besoin qu'on leur enseigne que la température de tous les matériaux
augmente lorsqu’ils sont chauffés ; et ainsi de suite.
Toutefois, la thermodynamique de base est l’un de ces sujets où le nombre
d’articles en didactique sur les difficultés des apprenants équivaut à celui des articles
considérant que de nombreux manuels scolaires dans ce domaine sont imprécis et en
désaccord avec la véritable acception scientifique. En particulier, l’utilisation du nom
"chaleur" a été remise en question, certains suggérant que nous devrions en fait toujours
parler du processus de "chauffage".
La discussion de Viennot au début de ce chapitre résume le point de vue
scientifique des processus thermiques et indique combien certaines des idées sont
subtiles et difficiles. En gardant à l'esprit que la plupart des élèves qui apprennent les
notions de base sur la température et la chaleur ne poursuivront pas leurs études pour
devenir des physiciens on peut se demander quelle compréhension des principes
25
scientifiques leur sera utile pour aborder des situations de la vie quotidienne en tant que
citoyens. Une compréhension plus proche du modèle "calorique" de la chaleur du 18 ième
siècle ne serait-elle pas un objectif d’enseignement plus réaliste ?
Un enjeu cognitif pour de nombreux apprenants consiste manifestement à :
Apprécier la différence entre la grandeur intensive de température, et la
grandeur extensive de chaleur (ou d’énergie),
reconnaître que la chaleur est transférée spontanément des objets à la plus haute
température vers ceux à la plus faible température, et
saisir le rôle des matériaux isolants dans le ralentissement du taux de ce
transfert.
Toutefois, ces idées qui sont des simplifications de l’image scientifique
complète, sont utiles pour comprendre de nombreux phénomènes quotidiens. En effet,
beaucoup de travaux d’ingénieurs et de biologistes sont basés sur celles-ci. Il est
intéressant de noter que certains travaux récents en didactique prennent comme objectif
l’enseignement ce type de "modèle pragmatique" des phénomènes thermiques (Linn &
Songer, 1991).
Le second fil directeur de cette recherche de Viennot traite d’un thème qui est
manifestement plus large que la thermodynamique de base : les formes de raisonnement
utilisées par les élèves lorsqu’ils tentent d’expliquer les phénomènes. La tendance à
utiliser le "raisonnement causal linéaire" est fréquemment observée dans de nombreux
domaines de la science.
Comment pourrions-nous alors aider les élèves à dépasser cette forme de
raisonnement ?
Selon l’auteur, la question ici n’est pas la capacité des élèves (dans un sens
développemental) à utiliser des structures de raisonnement plus sophistiquées pour des
systèmes à plusieurs variables, mais plutôt leur capacité (et leur confiance) à le faire
lorsque le contexte est abstrait et non familier. Un point de départ pourrait être de
reconnaître que nous raisonnons tous de manière plus sophistiquée lorsque nous
discutons sur un sujet familier. Lorsque nous nous tournons vers des domaines où nous
26
sommes moins certains de nos connaissances, notre style de raisonnement devient
également plus élémentaire. Aider les élèves à développer des formes de raisonnements
scientifiques peut alors impliquer une pratique de raisonnement sur des systèmes
multivariés familiers et sur des modèles issus de contextes quotidiens, peut-être en
réfléchissant aux formes de raisonnement utilisées et en les rendant explicites.
En conclusion de cette recherche, l’auteur résume quelques lignes directrices
pour le choix des objectifs d’enseignement en Thermodynamique :
Pour raisonner de manière cohérente selon les règles reconnues de la
thermodynamique, il est nécessaire:
1. D’identifier les systèmes pertinents et leurs caractéristiques pertinentes
pour prédire les transferts de type chaleur plutôt que d’assigner
simplement à des objets des propriétés intrinsèquement liées à l’une des
catégories : " chaud " ou " froid " ; plus généralement, considérer
plusieurs causes pour un effet, contrairement au raisonnement causal
linéaire.
2. De distinguer clairement ce qui concerne d’une part les changements et
d’autre part les états stationnaires.
Il est d'autant plus important, lors de la conception d’une séquence
d’enseignement, de spécifier très précisément les objectifs conceptuels
correspondants qui doivent s'accorder avec l’analyse des phénomènes que donne
la physique acceptée.
Etant donné la complexité des phénomènes thermodynamiques, l’enseignant doit
adopter les attitudes suivantes qui sont des composantes intrinsèques de la
modification scientifique :
1. D’être extrêmement prudent quant au degré " d’explication "
effectivement visé, et de spécifier ce que les arguments proposés ne
réussissent pas à expliquer.
27
Par exemple :" Les solides se dilatent lorsqu’ils sont chauffés (ou se
contractent quand ils sont refroidis), mais nous ne pouvons pas (encore)
expliquer pourquoi. Savoir que " l’agitation thermique " (énergie cinétique
moyenne des particules) augmente (ou diminue) dans ce cas n’est pas
suffisant pour expliquer pourquoi le solide se dilate (ou se contracte). En
effet, les particules peuvent vibrer plus ou moins intensément, et rester
autour de la même place sans que leur position moyenne ne dérive. "
2. De travailler avec des explications " molles " qui sont centrées sur une
variable prédominante, sans néanmoins cacher les dangers de leur
extension sans précaution à d’autres cas. Par exemple, l’idée que " à
haute altitude, il y a moins de molécules, et donc la pression est plus
faible " nécessite l’ajout : " ce raisonnement fonctionne seulement si les
molécules ont (à peu près, admettons) la même vitesse moyenne dans les
deux situations comparées. "
Ce raisonnement qualitatif plus " serré " peut être considéré comme trop
exigeant pour une population donnée, mais en fait le degré de cohérence
requis peut être choisi dans un continuum qui s’étend des connaissances
factuelles à la théorie acceptée. Par exemple, on peut juger approprié, pour
une population donnée d’enfants, d’enseigner qu’au niveau de la mer l’eau
bout à 100° C, et ceci sans la moindre explication. Mais si l’on introduit
clairement certains facteurs qui n’affectent pas la température d’ébullition,
tels que la quantité d’eau ou l'intensité du chauffage, cela constitue déjà le
début d’un raisonnement à plusieurs variables.
3. De contester dans un esprit d’adaptation réaliste à l’apprenant
l’opportunité de viser une distinction claire entre chaleur et température.
Mais si l’on décide de relever ce défi, il faut décider lequel des objectifs
conceptuels suivants est fixé :
le caractère intensif (respectivement extensif) de la température
(respectivement chaleur),
l’identification des systèmes et des paramètres pertinents,
28
la distinction entre les phénomènes de la " catégorie restreinte "
(seulement un transfert de chaleur et une variation de l’énergie
cinétique) et des autres phénomènes (par exemple, les
changements d’états).
IV. Différents textes de Didactique de la Physique
Texte 5 : Causalité dans l'apprentissage des sciences
Auteur : Andrée TIBERGHIEN URL : http://www.intellectica.org/archives/n38/4.Tiberghien.pdf
0. Introduction
Cet article présente comment sont abordées les questions de la causalité dans
l'enseignement scientifique, en particulier de la physique, à des niveaux élémentaires
(10 - 18 ans). Dans une première partie, l’auteur part des travaux piagétiens pour
présenter l'importance de la causalité dans l'interprétation du monde matériel par les
enfants. Il aborde ensuite les travaux en didactique des sciences en s’appuyant sur ceux
des années 80 et 90 et sur la revue faite dans quelques journaux essentiels en
didactiques des sciences pour les années plus récentes.
Cette étude a conduit l’auteur à regrouper les résultats selon trois approches : la
causalité chez les élèves, la conception d'un enseignement qui prend en compte la
causalité, et l'évolution de la causalité chez les élèves avec un enseignement
scientifique. Les résultats obtenus dans ces travaux variés se renforcent mutuellement
sur un point essentiel : L'évolution chez les élèves d'une causalité simple vers une
causalité complexe plus scientifique nécessite des acquis nombreux et de nature diverse
relatifs aux connaissances spécifiques, aux raisonnements, et aussi à l'épistémologie.
Cette recherche montre aussi que l'enseignement ne peut ignorer la causalité simple
29
avec laquelle les élèves fonctionnent et que celle-ci n'est pas nécessairement un obstacle
mais peut constituer un facteur d'apprentissage.
1. La causalité chez les élèves
L’auteur souligne ici l’importance de la causalité dans l’interprétation du monde
matériel par les enfants. Ainsi, s’inspirant sur l’avant-propos du livre « les explications
causales » (Piaget e Garcia, 1971), il reprend seulement deux aspects des conclusions du
livre.
Le premier aspect porte sur l’analyse de l’indifférenciation entre causalité et
opérations. Du point de vue opératoire et causal, les enfants analysent mal leurs actions
propres qui sont, selon Piaget, à l’origine des concepts indifférenciés. Par exemple,
entre le temps et la vitesse, les sujets peuvent avoir des jugements sur la vitesse du
type : plus vite = plus loin =plus de temps ; aussi bien que du type : plus vite arrive =
moins de temps.
Le deuxième aspect porte sur deux processus complémentaires qui jouent un
rôle dans la différenciation progressive entre le logicomathématique et le causal :
a. L’effort de la représentation, qui permet de se donner des tableaux d’ensemble
simultanés d’événements passés, présents et futurs, demeurant successifs au plan
des constatations perceptives ;
b. L’autorégulation, qui permet au sujet d’effectuer « les coordinations dans les
deux sens, direct et inverse (ou réciproque) » et se transforme ainsi en opérations
réversibles, montrant ainsi la difficulté relative dans la succession dans l’espace
et dans le temps
Des travaux plus récents en psychologie menés sur des bébés et des très jeunes
enfants montrent que la causalité s’est très développée très tôt.
2. La conception d’un enseignement qui prend en compte la causalité
Ici, l’auteur donne quelques approches de la causalité dans les travaux sur les
conceptions en didactique de la physique. Une conception est un ensemble des
propositions et/ou des procédures et/ou des savoir-faire qui rendent compte des
30
conduites de l’apprenant dans un ensemble des situations. L’auteur la spécifie ici dans
les cas de savoir relatif au monde matériel.
Trois approches de la causalité dues à la mauvaise interprétation par les
apprenants des phénomènes physiques apparemment simples sont présentes par l’auteur,
à savoir : causalité et expériences personnelles dans le monde de choses, causalité et
théories naïves, causalité et approches multifonctionnelles de la physique.
2.1. Causalité et expériences personnelles dans le monde des choses
L’auteur met l’accent ici sur l’expérience de l’enfant dans le monde des choses
et présente des fonctionnements trouvés très fréquemment chez les élèves de
l’enseignement primaire et secondaire. Il regroupe trois études qui mettent l’accent sur
le rôle de l’action des apprenants dans un monde où les objets jouent un rôle essentiel.
2.1.1. Un noyau commun d’explication : la Gestalt expérientielle
Il existe, selon Anderson (1986), un noyau commun d’explications et de
prédictions dans des domaines aussi variés que l’électricité, l’optique, la mécanique de
la température et la chaleur ; noyau qu’il nomma « Gestalt expérientielle de la causalité
(experiential gestal of causation) », se referant ainsi à Lakoff e Johnson (1980). A
travers cette étude, Anderson explique la notion de l’agent et du patient : L’agent
provoque un changement physique de l’état du patient et il a un plan pour réaliser ce
changement. Il y a aussi, enchaîne l’Auteur, un effet sur l’agent lui-même via la
rétroaction par la perception sensorielle. Par exemple, l’enfant sent si un objet est lourd
(ou léger), ou s’il est plus ou moins chaud (ou froid).
Anderson donne, selon l’Auteur, trois exemples qui illustrent deux
fonctionnements fréquents de la causalité chez les élèves, analysant ainsi les domaines
où les élèves interprètent ou prédisent des situations en termes de causalité :
Le premier exemple est celui de demander aux élèves de 12 à 14 ans, si
deux cylindres de mêmes dimensions, l’un en plomb et l’autre en
aluminium, plongés successivement dans un récipient gradué rempli
d’eau, feraient monter le niveau de l’eau de la même façon. La majorité
31
d’élèves répondent que l’eau montera plus pour le cylindre en plomb que
pour celui en aluminium.
Dans le deuxième exemple, Anderson demande aux élèves si la
température de l’eau bouillante contenue dans une casserole augmentera
si l’on tourne le bouton vers des graduations plus élevées d’une plaque
électrique sur laquelle est posée la casserole. La majorité d’élèves
répondent que la température augmente.
Dans le troisième exemple, considérant les piles et les ampoules
(similaires), Anderson demande à des élèves de 12 à 15 ans comment
brilleront les ampoules si on augmente le nombre des piles montées en
série ou en parallèle. La majorité d’élèves prévoient que la ou les lampes
vont briller plus, quel que soit le montage ; et dans le sens contraire
(augmentation des lampes sans modifier le nombre de piles), ils
répondent que les ampoules vont briller moins quel que soit le montage.
Pour Anderson, dans le premier exemple, les élèves associent l’effort que peut
exercer l’agent à l’effet obtenu, par exemple le plomb peut « faire plus de pression sur
l’eau ». L’auteur propose un autre type d’interprétation en faisant appel à la causalité
matérielle d’Aristote présentée par Kuhn (1971) : le matériau ou plus généralement ce
qui est « interne » à l’objet est la cause de propriétés ou d’actions de l’objet.
Dans les deux autres exemples, le raisonnement utilisé est appelé « plus/plus » :
plus la cause augmente, plus l’effet augmente. Ainsi, dès le début de l’école primaire,
voire avant, dans un circuit électrique comprenant des piles et des ampoules, les élèves
considèrent la pile comme la cause ; plus il y a de piles, plus la (ou les) lampe(s) vont
briller.
2.1.2. Le rôle de l’ontologie
Le didacticien Anglais Ogborn (1993) s’appuie sur les travaux de Piaget et
considère que l’analyse de la manière dont les gens conceptualisent les objets et les
événements, doit être ontologique plutôt que épistémologique.
Les philosophes des sciences, étant préoccupés plus par les fondements de la
vérité (l’épistémologie) que par la nature fondamentale des choses telle que la science le
32
pense (l’ontologie), Ogborn considère que la conceptualisation des objets et événements
peut être étudiée chez les enfants et les adolescents. Par exemple, dans le cas du
mouvement, ses résultats montrent que les notions d’effort et de support sont des
composantes essentielles des causes du mouvement (Bliss e Ogborn, 1994). La cause est
un empêchement ou provoque un changement. Ainsi, « tomber » peut être décrit comme
la conséquence d’une absence de support qui est la cause de ce qui se produit.
2.1.3. L’essentialisme
Une étude récente (Anh, Gelman, Amsterlaw, Hohenstein e Kalish, 2000) sur les
enfants de 7 à 9 ans a montré que ce qu’ils ont à l’intérieur peut être plus essentiel que
ce qui est à l’extérieur (nature profonde des objets). Les enfants sont alors, plus
influencés par des caractéristiques qui causent d’autres caractéristiques que par des
caractéristiques qui sont des effets.
2.2. Causalité et théories naïves
Certains psychologues, pour interpréter le fonctionnement cognitif de l’enfant,
considèrent que ce dernier a des cadres théoriques ou encore des théories naïves.
Ainsi, une recherche menée en didactique des sciences s’est fondée sur le
fonctionnement de la causalité comme bases des théories naïves des élèves pour étudier
leur apprentissage. La recherche a porté sur l’acquisition des concepts physiques,
relatifs à diverses situations simples et courantes de chauffage et de refroidissement,
par des élèves de 12 à 14 ans (6eme et 5eme).
Les situations (Tiberghien 1980, 1989a, b) qui ont été utilisées dans les
questionnaires et les entretiens mettent en jeu :
Des sources de chauffage telles que camping gaz, four, cuisinière,
radiateur ;
Des objets chauffés : farine, sel, eau, chocolat, sucre, ou encore clous,
poudre de fer, sable, métal, plastique, bois ou une pièce dans une
maison ;
Des situations d’isolation telles que de garder chaud ou froid un liquide
ou un solide (bille, glace, café, eau chaude), isolation d’une maison.
33
La majorité des élèves proposent le même type d’interprétation pour chacun de
trois champs ci-dessous :
1) Les situations de chauffage dans lesquelles la source de chauffage
et l’objet à chauffer sont en contact ;
2) Les situations de chauffage dans lesquelles la source de chauffage
et l’objet `a chauffer sont `a distance ;
3) Les situations d’isolation.
Pour les deux premiers champs qui se distinguent par la distance entre la source
de chauffage et l’objet à chauffer, les interprétations des élèves diffèrent d’autant plus
qu’ils sont jeunes. Au niveau théorique, le « principe » : ce qui est chaud chauffe ou ce
qui est froid refroidit, s’applique à l’agent qui chauffe et au patient qui est chauffé. Cette
chaleur se transmet et ainsi chauffe à mesure qu’elle se déplace.
Dans le troisième champ, l’isolation, il y a toujours un raisonnement causal,
mais il est fondé sur la nature de substances. Les élèves justifient ou associent à la
propriété : « ce qui est chaud chauffe (ou ce qui est froid refroidit) », celle d’être chaude
ou froide par nature, comme cela se fait pour solide, lourd, etc. Ainsi, dans le
raisonnement causal, l’agent est la substance (ou une de ses propriétés) avec laquelle est
fait le récipient. Cette substance, par nature, peut ou ne pas isoler. Le « patient » est
l’objet, chaud ou froid, qui doit être isolé.
Pour ces trois champs, le type de causalité, pour les situations de chauffage est
différent de celui pour les situations d’isolation. Dans le premier cas, elle est efficiente,
la cause est une action (chauffer) et permet de faire appel à un médiateur, la chaleur ;
dans le deuxième cas, elle est matérielle, la cause est la substance elle-même. Pour les
élèves, la causalité matérielle ne permet pas de faire intervenir un médiateur comme la
chaleur, par exemple les changements d’état ne sont pas distingués des autres situations
de chauffage, et les situations d’isolation sont expliquées différemment des situations de
chauffage.
Ces résultats montrent que les « théories naïves » des élèves construites à partir
de la causalité permettent d’analyser le fonctionnement de l’élève de manière
relativement autonome, c'est-à-dire sans référence à la physique.
34
2.3. Causalité et approches multifonctionnelles de la physique
Ici, l’auteur présente une analyse de la causalité selon une perspective différente
de la précédente. Il compare le fonctionnement des élèves à celui de la physique. Par
rapport aux travaux présentés ci-dessus, les niveaux d’enseignement sont plus élevés,
fin du lycée et début de l’université.
Selon Viennot (1993), l’analyse causale des phénomènes, dans le domaine de la
physique comme ailleurs, conduit à raisonner en termes de causes antérieures à leurs
effets ; il associe donc le temps à l’idée de succession. Viennot considère que pour les
étudiants, le temps est une variable privilégié. Par exemple, dans une des questions
posées en thermodynamique, pour expliquer pourquoi le volume d’un gaz parfait dans
une enceinte à volume variable (avec un piston), augmente lors d’un chauffage isobare
(pression constante), 43% des étudiants (trois premières années d’université, N=120)
font des commentaires du type : « Q (chaleur reçue) T p V ». Il y a deux temps dans
cette réponse. Dans le premier temps « Q (chaleur reçue) T p », le piston est bloqué, et
dans le second temps, le piston est relâché, le volume augmente et la pression reprend la
valeur extérieure.
Ainsi, Viennot montre que ce mode de raisonnement causal, facilement accepté
mais loin du raisonnement de la physique en terme de dépendance multifonctionnelle,
enchaîne successivement les événements, dont ceux intermédiaires dans la chaîne sont
temporaires ; il est très utilisé dans la vie quotidienne et facilité par le langage naturel.
Cette analyse, selon l’auteur, peut être reliée à celles qui considèrent que un
raisonnement en physique met aussi en jeu la causalité. Ces deux considérations sont
compatibles si l’on distingue différents niveaux de fonctionnement de la physique tels
que :
Le fonctionnement du modèle physique où il y a des dépendances
multifonctionnelles et un langage formel ;
La description des événements du champ expérimental en langage
naturel ;
La relation entre ces événements dans le champ expérimental et leur
interprétation en termes de grandeurs physiques où la mesure et son
traitement interviennent souvent.
35
La causalité n’est en jeu que dans les deux derniers cas.
Une étude plus récente (Penner, 2000) conforte l’hypothèse que la majorité
d’élèves, plus jeunes (niveau collège), avec un enseignement adapté peuvent
commencer à différencier les descriptions des phénomènes complexes à un niveau local
de celles à un niveau global. Ainsi, pour initier sa recherche, basée sur l’entretien
individuel avec quatre élèves et porté sur deux mois d’enseignement (9 séances de 1h
hors classe), l’auteur a proposé 4 différents types de situations émergentes : la formation
de la pente d’un talus (matière inanimée), la forme en V d’un vol d’oies (animaux), la
formation d’un bouchon (circulation sur les routes), la formation d’une foret de maturité
(plante). Une cinquième situation qui met en jeu, à la fois les phénomènes d’émergences
et de planification, a été ajoutée : il s’agit de la formation d’un défilet d’un groupe de
personne. Tout en considérant que les connaissances initiales des élèves peuvent jouer
un rôle déterminant, l’enseignement a été centré sur la compréhension d’un système
émergent artificiel qui peut être manipulé ou simulé sur l’ordinateur.
Les entretiens finaux montrent que, pour les cinq scénarios, les élèves attribuent
à la configuration globale soit les actions d’un leader (par exemple dans le vol des oies,
une des oies est leader), soit les effets d’un germe (par exemple dans le cas du bouchon,
la cause est un accident de voiture ou la construction d’une route). Cependant, il y a une
exception dans le cas de la constitution d’un talus pour lequel les élèves n’identifient ni
leader, ni germe mais considèrent simplement que les facteurs causaux ne sont pas
facilement identifiables.
Ces résultats montrent que l’enseignement a permis de développer le rôle des
règles, et ainsi de distinguer ces règles de fonctionnement au niveau local de la causalité
du phénomène émergent.
3. La causalité et l’enseignement de la physique
Dans ce paragraphe, l’auteur analyse d’abord une séquence d’enseignement qui
montre l’écart entre l’apprentissage effectif des élèves et le savoir à enseigner. Il montre
ensuite comment les chercheurs ont élaboré des séquences d’enseignement à partir du
raisonnement causal sur les circuits électriques.
3.1. Ecart entre apprentissage effectif et savoir à enseigner
36
Afin de pouvoir comparer le savoir à enseigner aux cadres théoriques des élèves,
l’auteur est parti des principes de la thermodynamique qu’il a ainsi formulé (tout en
rappelant que le niveau de l’enseignement est le début du collège).
Savoir à enseigner
Théorie/Modèle
S’il y a une différence de
température T entre deux
« choses »
Alors il y a un transfert de chaleur
(spontané) entre la « chose » à la
température la plus élevée vers celle à
la température la moins élevée jusqu'à
égalité des températures
Le transfert est plus ou
moins facile selon la
substance du media
(isolant ou conducteur)
Champ expérimental : chauffage, refroidissement, situations d’isolation.
Les conceptions d’une grande partie des élèves a la fin de la séquence d’enseignement
Théorie/Modèle Savoir à enseigner
Si quelque chose est
chaude (source)
Alors il donne de la chaleur qui est
transférée (se déplace) de la source
vers l’objet à chauffer
Le transfert est plus ou
moins facile selon la
substance du media
(isolant ou conducteur)
Champ expérimental : chauffage, et éventuellement refroidissement
Cette figure montre que la conséquence en terme de transfert (les deux colonnes
de droite) est la même pour l’élève et le savoir à enseigner, alors que la condition du
transfert est radicalement différente. Dans le savoir à enseigner, la cause est une
différence de température entre deux systèmes ; pour l’élève, c’est encore une propriété
d’un objet (être chaud).
Cet écart est représentatif d’une des difficultés majeures de l’acquisition des
théories physiques : en physique, on considère la différence des états d’un système
grâce aux grandeurs de tension : température, potentiel, hauteur, etc. Le temps
n’intervient pas dans cette modélisation. Pour l’élève, le temps est présent et à chaque
moment, il y a une cause qui précède l’effet comme l’a montré Viennot (1993)
3.2. Séquences de l’enseignement à partir raisonnement causal sur les circuits
électriques et l’énergie
37
Pour élaborer ces séquences, ici l’auteur considère, d’une part que la causalité
est un aspect essentiel du fonctionnement des élèves sur lequel on peut s’appuyer pour
aider à construire de nouveaux savoirs, et d’autre part que le savoir à enseigner peut être
construit d’un fonctionnement causal plus ou moins constant.
De nombreux Didacticiens ont conçu des séquences d’enseignement à partir
d’une hypothèse constructive, c'est-à-dire au sens où les élèves apprennent à partir de ce
qu’ils savent déjà.
S’appuyant sur le fonctionnement de la causalité chez les élèves pour le domaine
de la physique à enseigner, l’auteur a recensé trois cas dont deux sur l’enseignement des
circuits électriques (respectivement au niveau du collège et au niveau du lycée), un
troisième sur l’enseignement de l’énergie.
Pour ce qui est des circuits électriques, de nombreuses séquences
d’enseignement sont centrées sur la résolution des problèmes quantitatifs dont le
raisonnement est basé sur des contraintes qui ont la forme d’équations algébriques. Mais
la difficulté en est que on ne montre pas aux élèves la relation qu’il y a entre cette
théorie quantitative et le modèle causal de ce qui arrive dans le circuit.
Au niveau du collège, pour aider les élèves à différencier les effets de
l’augmentation du nombre des piles en série ou en parallèle, les concepteurs ont utilisé
le fonctionnement de la causalité ; car pour l’élève, l’effet de l’augmentation du nombre
des piles, qu’elle soit en série ou en parallèle, doit être perceptible.
La figure ci-dessous explicite les relations causales visant à différencier des
événements que la physique relie aux concepts de tension, d’intensité d’une part et
d’énergie et de puissance d’autre part :
Cause Effet
Cas de circuits avec plusieurs En comparaison avec un circuit avec
Piles et une ampoule une pile
L’ampoule brille plus longtemps
(Effet plus important)
L’ampoule brille plus
(Effet plus important)Plus de piles
(Cause plus importante)
38
Cas de circuits avec une pile En comparaison avec un circuit
et des ampoules comportant une pile
L’ampoule brille pareil mais moins
longtemps
(Effet moins important)
Ainsi, dans la physique enseignée, quand les piles sont en série, l’effet est pris
en compte dans l’enseignement de l’électrocinétique, alors que quand elles sont en
parallèle, l’effet du nombre des piles est pris en compte dans le domaine de l’énergie,
c’est-à-dire le nombre de piles en parallèle (ou la taille) est associé à leur durée de
fonctionnement et à la quantité stockée (appelée énergie).
Le raisonnement causal du modèle qui relie l’électrostatique au flux de charges,
et qui est fondé sur la causalité entre la différence de potentiel et le flux (plus V est
grand « cause », plus I est grand « effet » peut aussi être appliqué à l’ensemble des
circuits comportant une pile et des resistors).
Les auteurs ont également expérimenté deux séquences d’enseignement
construites à partir d’un autre modèle qui est algébrique (c’est-à-dire comporte les
équations standards quantitatives des circuits de courant continu), l’une ne présentant
que les circuits à l’équilibre, et l’autre introduisant les aspects transitoires.
Comparant les deux groupes d’élèves ayant suivi ces séquences, les auteurs
arrivent à la conclusion que l’accès au mécanisme de fonctionnement en régime
transitoire est un élément qui favorise nettement la compréhension conceptuelle.
Ainsi, les différents cas traités relatifs à la différenciation entre le courant et la
tension ont aboutit au même type de résultat, à savoir : l’importance d’un mécanisme
causal de fonctionnement pour aider à différencier les grandeurs. On peut considérer
que, pour les élèves, cette différenciation devient alors nécessaire.
Les ampoules brillent moins
(Effet moins important)Même pile
(Cause identique)
39
Cette étude, conclut l’auteur, montre que la prise en compte du raisonnement
causal des élèves dans la conception des séquences d’enseignement est possible, mais
elle nécessite un travail considérable sur le contenu à enseigner. L’auteur ouvre ainsi le
débat en ce sens que chacun peut produire un travail scientifique, donner son point de
vue, analyser les contenus d’enseignement s’ils respectent tout cela.
4. Evolution vers un raisonnement causal complexe et quelques conditions de
l’évolution
4.1. Les preuves expérimentales comme facteurs d’évolution
Pour mener une étude systématique de l’influence des idées causales initiales
dans un domaine donne, Park et Pak (1997) ont utilise, dans un premier temps, une
méthode qui a comportée un questionnaire afin de connaître les idées préalables des
élèves sur l’électricité et plus particulièrement si, avant l’observation d’un phénomène,
les élèves ont des idées causales sur la relation entre des variables.
Apres avoir pose aux élèves des questions type A (par exemple : qu’est ce qui
fait que la lampe brille plus ou pareille que l’autre ?) et du type B (par exemple : qu’est
ce qui vous a pousse a répondre ainsi ?), des réponses avancées, les auteurs pensent que
sans précaution préalable qui tient compte des idées initiales des élèves, la réalisation
d’une expérience a donc peu de chance de convaincre les élèves, même si les
événements observes vont a l’encontre de ce qu’ils pensent.
Dans une expérience plus ancienne, l’auteur présente par exemple l’évolution
d’une élève qui, avant enseignement, a deux types d’interprétations pour le chauffage et
l’isolation. L’élève fait appel au transfert de chaleur pour interpréter des situations de
chauffage, en revanche, elle choisit un récipient en métal (parmi d’autres en
polystyrène, en verre, en carton) pour garder un glaçon le plus longtemps possible, avec
l’argument : « le métal refroidit les choses, le métal est froid »
Apres quelques séances d’enseignement, et avoir réalise autres expériences
intermédiaires, cette élève met en œuvre le cadre théorique « action changement » en
40
appliquant la règle : « le déplacement de la chaleur dépend de la substance » qu’elle
réservait auparavant a des situations de chauffage.
Cet exemple met en évidence l’évolution de l’élève dans un court laps de temps.
Cependant, l’auteur souligne que cette élève a déjà travaille sur le thème pendant 9
heures reparties sur 6 semaines et a ainsi acquis de nombreuses connaissances, en
particulier l’égalité des températures des objets en contact, avant l’évolution présentée
ici.
L’auteur partage l’hypothèse de Vosniadou et Brewer (1992) qui considèrent
que l’évolution se fait par des microchangements progressifs distribues tout au long du
temps. Ainsi, pour comprendre les relations entre apprentissage et enseignement, il ne
suffit pas d’étudier seulement la causalité, ou l’intégration des preuves expérimentales,
mais toutes les acquisitions connexes qui permettent l’évolution.
4.2. Les explications causales dans les situations d’enseignement.
Dans cette dernière partie de son travail, l’auteur a inclus trois points essentiels,
a savoir : le fonctionnement des explications, les stratégies d’apprentissage et le point de
vue épistémologique des élèves.
4.2.1. La causalité dans les explications
Les auteurs Gilbert, Boulter et Rutherford (1998a,b) ont propose cinq types
d’explications : intentionnelle (justification d’actions), descriptive (clarification d‘une
signification), interprétative (citation d’une théorie), causale, preductive (déduction d’un
événement futur). Selon eux, aucune explication n’est appropriée à toutes les
circonstances. Ils considèrent que la valeur d’une explication est jugée par rapport a sa
performance selon quatre critères d’égal statut : plausibilité, parcimonie, possibilité de
généralisation et sa fécondité (son caractère fructueux).
L’auteur considère le rôle crucial des explications causales des élèves dans
l’apprentissage des sciences et à suggérer que aussi bien les concepteurs de programme
que les professeurs en tiennent compte pour choisir des expériences.
4.2.2 La causalité dans les stratégies d’apprentissage
41
L’auteur a retenu ici deux études basées sur les explications causales : l’une
(Meyer et Woodruff, 1997) est centrée sur l’évolution des explications données au sein
d’un petit groupe d’élèves, l’autre (Chin et Brown, 2000) porte sur les approches des
élèves en surface ou en profondeur dans l’apprentissage des sciences.
Dans la première, les auteurs ont étudié la convergence, c’est-à-dire les
processus discursifs qui se produisent quand les participants essayent d’augmenter leurs
connaissances communes, ce qui suppose une convergence vers de nouvelles
propositions. L’accent est mis sur l’importance de la co-construction d’explications
consensuelles au sein de petits groupes d’élèves. Les élèves recherchent des preuves
expérimentales en élaborant des questions hypothétiques particulières qui orientent leurs
manipulations et leurs conclusions.
A la fin de l’enseignement, lors de la dernière expérience présentée, les élèves
mettent en jeu un même comportement de la lumière pou toutes les situations.
Les auteurs concluent que cette forme de travail en petits groupes
d’investigation de différents phénomènes avec discussion visant un consensus, permet
aux élèves non seulement de développer leurs connaissances sur les phénomènes mais
aussi sur le fonctionnement de la physique en particulier ils ont compris pourquoi les
scientifiques modélisent la lumière par des rayons.
La seconde étude concerne les stratégies d’apprentissage des apprenants. Dans
ces stratégies, l’explication est essentielle « puisque l’explication et la compréhension
du pourquoi et du comment une chose arrive sont les buts majeurs de la science dans
son ensemble »
Les auteurs ont construit cinq catégories « qui éclaireraient les différences entre
approches en profondeur et de surface dans l’apprentissage » : la pensée générative, la
nature des explications, la formulation des questions, l’activité métacognitive,
l’approche des taches. Comme la causalité y intervient, l’auteur détaille leur analyse en
quatre niveaux principaux qui permettent d’apprécier la variété des explications
proposées par les élèves. Ces différents niveaux montrent tout d’abord que les
explications peuvent être catégorisées selon des critères pertinents pour l’enseignement
et qui sont utiles pour le professeur quand il doit choisir une aide adaptée à chaque
élève. Ils confirment les résultats présentés précédemment : les explications causales
42
complexes nécessitent des mises en relation entre des éléments divers de connaissances
qui nécessitent donc des acquisitions antérieures.
4.2.3. La causalité et l’épistémologie des élèves
D’autres études sur l’apprentissage abordent les questions d’épistémologie de
l’élève porte sur le savoir scientifique des élèves et en particulier sur leurs
raisonnements à propos de conclusions que l’on peut tirer d’une recherche
expérimentale.
En effet, le savoir scientifique a, selon l’auteur, une structure causale simple et
qu’il faut changer quand des expériences montrent des résultats nouveaux et
manifestement évidents.
Cette étude examine les critères que des élèves de collège, des adultes non
scientifiques, des techniciens et des scientifiques utilisent pour évaluer la validité des
conclusions tirées de propositions d’étudiants hypothétiques à partir d’un ensemble de
preuves expérimentales.
43
Texte 6 :
L’application en classe de modèle Allostérique d’apprentissage de Giordan : une
contribution à l’acquisition des compétences terminales en chimie et en Physique
Auteurs : Maryse HONOREZ, François REMY, René CAHAY, Brigitte
MONFORT, Jean THERER
Référence : Laboratoire d’Enseignement Multimédia (LEM) de l’Université de
Liège
Le modèle allostérique de l’apprentissage de Giordan tente de répondre à la question
suivante : comment identifier les obstacles à l’apprentissage et comment les surmonter ?
Face aux difficultés d’acquisition de concepts scientifiques rencontrées par nos élèves et
celles des critiques des leçons des sciences, particulièrement en chimie et en physique,
une réaction s’impose : comment rendre les cours de sciences plus attractifs et plus
efficaces ?
Pour résoudre ce problème évoqué, le modèle allostérique de Giordan a retenu
l’attention des auteurs parmi les théories contemporaines de l’apprentissage.
En effet, la recherche menée reposait sur l’hypothèse suivante : l’application du modèle
de Giordan en classe peut contribuer à l’acquisition des compétences terminales
communes aux pratiques scientifiques telles que :
Rendre compte de situations et de phenomènes observés ;
Savoir demeler une situation-problème
44
Etre capable d’utiliser le raisonnement logique et l’argumentation
Cet article comprend deux grandes parties : la présentation brève du modèle allostérique
d’apprentissage de Giordan et les résultats expérimentaux obtenus.
1. Le modèle allostérique d’apprentissage de Giordan
1.0 Présentation
Présenté en 1989 par André Giordan, Professseur à l’université de Génève et
responsable du Laboratoire de Didactique des sciences, ce modèle :
Explicite les principales caracteristiques de l’acte d’apprendre
Identifie une série d’obstacles à l’apprentissage
Fournit des indications pratiques sur les environnements éducatifs propres à
faciliter les apprentissages.
En effet, le terme allostérique est repris du vocabulaire de la biologie où il désigne
certaines protéines qui modifient complètement leur structure sous l’action d’un facteur
extérieur ; elles sont alors efficaces pour la fonction qu’elles ont à remplir.
1.1 L’acte d’apprendre
Selon A. Giordan, avec beaucoup d’autres, apprendre est une élaboration, une
construction de savoirs et de savoirs-faire et non un simple processus de stockage de
l’information.
L’élève construit seul son savoir. Ainsi, il pourra accéder à un certain niveau de
formulation plus proche du savoir scientifique à partir d’une série de corrections et de
rectifications successives des connaissances mobilisées.
D’après l’auteur, l’acte d’apprendre n’est pas automatique car l’élève peut se trouver
dans une situation ou dans un état d’esprit qui fait obstacle à l’apprentissage.
1.2 Les obstacles à l’apprentissage
Giordan énumère les principaux obstacles à l’apprentissage suivants :
1. l’élève manque d’information
2. l’élève n’a pas envie de change de conception : soit le problème abordé ne le
concerne pas soit les questions posées par l’enseignant sont celles qu’il pose.
45
3. l’élève ne se pose pas de questions car il croît déjà savoir : soit il pense avoir une
explication où il possède des mots qui lui donnent l’impression de connaître soit
il possède un savoir qu’il a déjà expérimenté avec succès dans d’autres
circonstances et il s’en satisfait.
4. l’élève ne possède pas les outils nécessaires pour comprendre et intégrer les
nouvelles données (opérations mentales, stratégies à utiliser,…)
5. l’élève possède des conceptions qui l’empêchent de percevoir la réalité du
phénomène ou intégrer une nouvelle information qui est en contradiction avec
celle qu’il possède.
Giordan préfère le terme «conceptions» en lieu et place de «représentation» qui est
source de confusion avec les representations graphiques d’objets, par exemple. Il en
donne la définition suivante : « c’est un univers construit de signification, mettant en jeu
de savoirs accumulés et plus structurés, proches ou éloignés de connaissances
scientifiques qui leur servent de référence»
Les conceptions forment un tout où se mêlent connaissances scientifiques, croyances,
idéologies, dimensions émotionnelles, effectives et esthétiques. On peut ignorer les
conceptions de l’élève en tentant de les convaincre qu’il se trompe et puis lui
transmettre le véritable savoir.
Ainsi, pour faire face aux conceptions des élèves, Giordan préconise de faire avec pour
aller contre , c’est-à-dire transformer les conceptions en interférant avec elles. La
connaissance des conceptions de ses élèves donnera à l’enseignant la possibilité
d’accroître son efficacité didactique en lui permettant :
1. d’adapter les finalités et le projet éducatif
2. de définir les objectifs adéquats
3. d’éviter de tenir un discours complètement déphasé par rapport à la réalité des
élèves, puisqu’il connaît les domaines que l’élève maîtrise et les moyens qu’il a
à sa disposition
4. de se modérer quant à la quantité de matière qu’il se propose de faire acquérir
aux élèves
5. de déterminer dans une certaine mesure le choix des processus didactiques
6. d’adapter le rythme du cours
46
Pour identifier les conceptions des élèves, De Vecchi et Giordan(1989) proposent les
démarches suivantes :
faire dessiner les élèves
leur poser des questions (par écrit ou oralement) sur l’explication des
faits conceptuels que l’on peut rencontrer quotidiennement
leur demander d’expliquer un schéma pris dans un livre
les placer en situation de raisonner par la «négative»
réaliser devant eux une expérience et leur demander comment on peut en
expliquer les résultats.
Leur demander de choisir parmi différents modèles analogiques
Les mettre devant des faits en apparence contradictoires et les laisser en
discuter
Leur faire jouer des jeux de rôle
Leur demander la définition de certains mots
Confronter la classe à une conception emise par un élève ou même à une
explication tirée de l’histoire des sciences
Et, enfin, être sans cesse à l’écoute des élèves : les conceptions émergent
à tous les moments d’une démarche.
L’auteur insiste sur le fait qu’un apprentissage réussi est un changement de conception.
Pour depasser les conceptions, en particulier, et les obstacles à l’apprentissage, en
général, Giordani réunit plusieurs paramètres, à savoir :
L’élève doit être conscient de ses conceptions, ce qui n’est pas évident
puisqu’elles constituent sa grille de lecture du monde
L’élève doit être confronté à une série de faits convergents et redondants qui
déstabilisent le réseau conceptuel existant
L’élève doit relier différemment les informations engrangées, les nouvelles
notions devant être différenciées et délimitées dans leur changement
d’application au cours de l’apprentissage, et être consolidées par une
mobilisation du savoir dans d’autres situations où elles peuvent être appliquées
L’élève doit exercer un contrôle réfléchi sur son activité d’étude et sur les
processus qui régissent cette activité dont la réorganisation de l’information, la
conciliation de l’ensemble des paramètres précédents à un nouveau savoir et
47
l’identification des ressemblances et des différences entre les anciennes et les
nouvelles connaissances pour résoudre ainsi les contradictions
L’élève doit être concerné et être interpellé dans sa manière de penser.
1.3 L’environnement didactique
Pour Giordani, l’environnement didactique, qui consiste sur le fait que «si, seul l’élève
peut apprendre, il ne peut le faire seul», introduit les dissonances qui perturbent le
réseau conceptuel de l’élève en le confrontant à des éléments significatifs (motivation
de l’élève).s confrontations sont nécessaires afin de permettre à l’élève de restructurer et
de réaménager son savoir initial, de prendre du recul. De plus, ces confrontations créent
un conflit et apportent de nouvelles données.
L’élève prend ainsi conscience de la pauvreté ou de l’inadéquation de ses conceptions
qui peuvent être de différents types :
Elève-élève : il s’agit ici de confronter les conceptions des différents élèves
(débats, travaux de groupe, …)
Elève-realité : les idées des élèves sont confrontées à la réalité qu’ils côtoient
(enquête, observations, expérimentation,…)
Elève-informations : la confrontation est faite dans ce cas avec certains modèles
scientifiques (via les enseignants, des livres, des vidéogrammes,…)
Pendant les débats, l’enseignant est censé remplir les fonctions suivantes :
1. favoriser la discussion et l’écoute
2. conduire les élèves à expliciter ce qu’ils disent
3. mettre l’accent sur les divergences qui apparaissent
4. prendre part à ces confrontations et les alimenter en apportant des
opinions contraires à ce qui a été dit et en proposant des situations en
contradiction avec les schémas de pensée proposée.
2. Les résultats de la recherche
Pour entreprendre sa recherche, l’auteur a choisi les thèmes disciplinaires ci-après :
en chimie, de la cellule électronique (piles) sur un public cible des élèves de 5ème
année, trois périodes par semaine
en physique, des lois de Newton sur un public cible des élèves de 6ème année,
trois périodes par semaine.
48
Les auteurs ont entrepris ses recherches pendant deux ans :
Au cours de la première année, ils ont dans un premier temps cherché à
identifier les conceptions les plus courantes sur les notions et les matières
choisies et qui étaient susceptibles de faire obstacle à l’acquisition de
certaines compétences terminales, à partir de la bibliographie et sur base
des réponses obtenues à un questionnement qu’il a établi. Dans un
second temps, il a cherché à définir des obstacles-obstacles et mettre au
point une série d’outils pour permettre des confrontations comme le
préconise Giordani. Dans un troisième temps, il a rédigé un
questionnaire-matière afin d’évaluer, à la fin de la recherche, l’efficacité
des outils proposés et ainsi vérifier l’hypothèse de travail.
Au cours de la deuxième année, les étapes successives de la recherche
ont été les suivantes :
a. En pré-test, juste avant d’aborder la matière, recherche des
conceptions via le questionnaire«conceptions» et définition
d’objectifs-obstacles
b. Intégration par les enseignants dans leurs cours, d’activités
utilisant les outils (vidéogramme, Cd-rom, expériences) mis au
point pour rencontrer
c. Une semaine après avoir vu la matière, interrogation des élèves, à
l’aide du questionnaire«évaluation matière»
d. Environ 5 semaines après avoir vu la matière, en post-test,
réponse des élèves au questionnaire«conceptions» qui leur avait
été soumis en pré-test
2.1 Les résultats en chimie
En résumé, si les élèves sont capables de pouvoir répondre correctement à la question «
que faut-il pour faire une pile ?», il est moins sûr qu’ils puissent le faire pour la
question«comment fonctionne une pile ?».
L’analyse des résultats aux pré et post-tests a ainsi permis à l’auteur de formuler des «
objectifs-obstacles» et de définir les compétences terminales suivantes en accord avec
l’inspection.
A l’issue du cours portant sur la cellule électronique, les élèves pourront :
49
Expliquer le fonctionnement d’un générateur électronique (piles,
accumulateurs)
Utiliser de manière adéquate un vocabulaire scientifique spécifique
(compétences transversales)
Pour évaluer la maîtrise de la matière, l’auteur a posé deux questions aux élèves : l’une
classique sur le fonctionnement d’une pile, et l’autre relative à la conductivité électrique
de l’électrolyte d’une pile en fonctionnement.
Dans le premier cas, le questionnaire«conceptions» a permis de constater que :
De nombreux élèves ont acquis une vision plus dynamique du fonctionnement
de la pile intégrée dans un circuit.
Les élèves ont pris conscience de l’importance de la nature des électrodes
(métaux) et de l’électrolyte (ions) ainsi que de leur relation.
Dans le second cas, trois élèves discutent de la conductivité électrique de l’électrolyte
d’une pile en fonctionnement, et toutes leurs affirmations ont été relevées afin d’étudier
les arguments erronés. Plus d’un quart d’élèves a réussi, par comparaison avec les
résultats de la première année d’étude ou de recherche.
Les outils ci-après élaborés au cours de la recherche ont permis aux enseignants
d’atteindre les objectifs-obstacles :
Des modèles
Des expériences
Des documents photographiques originaux
Des vidéogrammes : structure des métaux, migration des ions, tension contre
Un CD-ROM, au cœur d’une pile de Daniel
Des textes à critiquer sélectionnés dans la littérature
Ainsi, le fonctionnement d’une pile constituant une matière assez compliquée pour
les élèves, ces outils mis à la disposition des enseignants ont permis une amélioration
sensible de la compréhension des phénomènes liés à ce fonctionnement. Le modèle
allostérique d’apprentissage de Giordani apparaît donc comme pouvant aider les élèves
à surmonter leurs difficultés.
En conclusion, on observe d’une manière générale au questionnaire «évaluation
matière » une amélioration des résultats qui se marque surtout pour les questions qui
concernent les «objectifs-obstacles», que ce soit »a court ou à long terme, même si cela
ne concerne encore qu’une fraction trop faible des élèves. C’est ainsi que l’auteur
encourage la diversification du mode de questionnement.
50
2.2 Les résultats en physique
L’auteur a commencé par identifier la conception des élèves en misant sur 50 élèves
répartis entre 3 professeurs d’écoles différents, à qui il a soumis, lors de la première
année, à un questionnaire«conception» constitué d’une dizaine d’affirmations à discuter.
Ce qui lui a permis de mettre au point, pour la seconde année de la recherche, le
questionnaire«conception» comportant trois affirmations à discuter, formulées ci-après :
Affirmation 1 : Une brique tombe plus vite qu’un crayon
Réponse attendue : Pas d’accord parce qu’en l’absence de frottements, les deux
corps tombent à la même vitesse.
Affirmation 2 : Pour que le caddie que l’on pousse dans le magasin roule de plus
en plus vite, il faut le pousser de plus en plus fort.
Réponse attendue : Pas d’accord, parce qu’à force constante, accélération constante
Quand on lance une balle, la force exercée au départ par la main continue à agir
sur la balle tant qu’elle est en mouvement
Réponse attendue : Pas d’accord parce qu’une fois il n’y a plus contact entre la bille
et la main, la force cesse d’agir.
Selon l’auteur, d’une manière générale les résultats obtenus au post-test et au
questionnaire «évaluation-matière» sont encourageants. Les constatations de l’auteur
sont les suivantes :
« la majorité des élèves a bien perçu la nécessité de préciser si les forces de frottements
étaient prises en compte ou non dans l«étude des situations proposées. Lors de la
discussion d’affirmations qui leur ont été soumises, deux tiers des élèves discutent les
deux cas. Lorsqu’ils considèrent la situation sans force de frottements, la discussion de
la chute d’objets différents, d’une même hauteur, ne semblent poser de problèmes. Ils
savent que les deux objets vont atteindre le sol au même moment. Par contre, lorsqu’ils
envisagent les forces de frottement, la situation pose davantage de problèmes. Il faut
reconnaître qu’en l’absence de données chiffrées, le raisonnement à tenir est complexe.
Les élèves ne font intervenir que le concept de masse dans leur réflexion.
«A force constante, accélération constante», le nombre d’élèves utilisant cet argument a
plus que doublé au post-test par rapport au pré-test, mais il n’a pas atteint 50% de
l’échantillon. Le nombre de réponses incompréhensibles ou bizarres a lui aussi
fortement augmenté. Ces élèves sont sans doute dans une phase de déstabilisation, les
51
expériences réalisées en classe n’ayant pas suffis à restructurer leurs conceptions sur le
sujet ».
L’auteur souligne également que les problèmes majeurs sont apparus à l’examen des
réponses au questionnaire«conceptions » et qui ont permis de formuler les objectifs-
obstacles suivants :
Une force centrale conduit à une accélération et donc à un effet cumulatif sur la
vitesse
Le mouvement doit aussi s’interpréter en terme d’inertie.
Les élèves devront donc pouvoir expliquer le mouvement d’un objet en utilisant ces
deux idées. On rejoint ici des compétences terminales attendues des élèves après un
cours de physique.
2.3 Conclusion générale
Bien que le modèle allostérique d’apprentissage de Giordani peut apparaître de prime
abord complexe et donc lourd à mettre en application dans tous ses détails, son
utilisation permet de :
1. repérer les difficultés des élèves (l’identification des conceptions) et de les
traduire en «Objectifs-Obstacles»
2. proposer des activités variées et ciblées portant sur ces objectifs-obstacles
3. perturber ainsi cognitivement les élèves en vue d’une reconstruction de leurs
savoirs.
L’auteur a choisi les activités ci-dessous afin d’emprunter les passages obligés de ce
modèle dans un temps limité :
confrontation de différents types (discussion entre les élèves et/ou avec
l’enseignant, expériences réalisées en laboratoire ou en démonstration
par l’enseignant, articles, simulations sur Cd-rom, vidéogrammes).
Mobilisation du savoir au travers d’exercices variés
Utilisation d’un formalisme (modélisation et schématisation)
L’étape de la déstabilisation des conceptions des élèves est fondamentale car elle
nécessite le choix et la mise en œuvre d’effecteurs allostériques, c’est-à-dire des
supports qui interpellent les élèves et qui ébranlent leurs certitudes, leurs conceptions.
Les activités proposées (expériences, exercices,…) servent de tremplin pour
52
reconstruire un savoir correct et solide. Les résultats obtenus à partir de cette recherche
montrent que cette reconstruction se fait à des vitesses différentes chez chacun des
élèves et que, laissé en phase de déstabilisation, l’élève a fait tôt de reprendre ses
anciennes conceptions. Il est donc indispensable de s’assurer, avant de continuer, qu’une
restructuration des connaissances s’est bien opérée.
Pour déstabiliser les élèves, les stimuler et les motiver, les nouvelles notions qu’on leur
présente à partir d’activités multiples, répétitives et surtout variées doivent sortir des
sentiers battus, de l’habitude. Toutefois comme tout excès nuit, trop d’activités en trop
peu de temps risquent de submerger les élèves et donc d’avoir l’effet inverse à celui
escompté.
Texte 7 : Une introduction de conception en Didactique de la physique
Auteur : A. Tiberghien
Source : UMR GRIC, équipe COAST, Université Lumière Lyon 2, France
D’une manière générale, les élèves rencontrent beaucoup de difficultés dans
l’assimilation des notions des sciences. Ainsi, plusieurs travaux relatifs à ces difficultés
ont été amenés à la notion de conception. En didactique des sciences, les premiers
travaux sur les conceptions datant des années 1970 avaient pour visée principale de
mieux connaître :
Les connaissances préalables des élèves
Les difficultés des élèves dans l’apprentissage
Les acquis des élèves après enseignement
Ces travaux, effectués dans divers pays différents, évidemment avec des chercheurs et
élèves différents, ont une caractéristique majeure de produire un noyau de résultats
extrêmement stables, malgré des approches peu théorisées. Ce qui montre que, pour des
domaines donnés, il y a de grandes chances de retrouver le même type d’interprétations
ou de prédictions. Ultérieurement, le terme représentation a souvent été remplacé par le
le terme «conception» avec la variante «misconception».
Hypothèses sous-jacentes
53
Les hypothèses sous-jacentes des travaux sur les conceptions se formulent de la manière
suivante :
1. l’élève est le propre architecte de son savoir
2. l’élève n’est pas un vase vide qu’il suffit de remplir ; il a des connaissances
préalables qui lui permettent de construire des interprétations de la très grande
majorité des situations proposées, mêmes nouvelles.
Ces hypothèses peuvent aussi se formuler ainsi :
« Tout être humain construit des connaissances sur le monde dès sa naissance,et peut-
être bien avant».
En effet, les êtres humains utilisent leurs acquis antérieurs pour interpréter, prévoir,
gérer une situation et construire de nouvelles connaissancces.
Questions à l’origine des travaux sur les conceptions
Ces questions, posées d’une manière affirmative, sont les suivantes :
1. connaître à des moments donnés, par exemple avant, pendant ou/et après
l’enseignement, les connaissances utilisées par les élèves pour traiter un
ensemble de situations (questions, problèmes).
2. connaître la diversité des connaissances et procédures utilisées par les élèves
pendant qu’ils construisent des réponses quand ils sont confrontés à un
problème.
3. connaître l’évolution et des connaissances utilisées par les élèves au cours d’une
longue période.
Cependant, l’auteur fait remarquer que dans les deux premiers types de questions, la
situation mise en place pour la recherche n’était pas construite dans le but d’une
acquisition de connaissance(pas d’intention didactique dans cette situation). En
revanche, la très grande majorité des questions ou des problèmes posés aux élèves
dans ces recherches peuvent être inspirantes pour les enseignants préoccupés de
problèmes didactiques.
Méthodes d’investigation
L’auteur mentionne seulement ici que la plupart des travaux sur les conceptions ont
utilisé :
54
1. les questionnaires écrits quand ils sont passés à une assez grande échelle
(une classe d’une trentaine d’élèves ?a plusieurs centaines d’élèves)
2. les entretiens semi directifs de type piagétien.
Une première notion de conception
Nous reprenons ci-dessous, la définition de conception donnée par l’auteur : « une
conception est un ensemble hypothétique de propositions, savoir-faire, procédures,
habilités manuelles que le chercheur attribue à l’élève dans un ensemble de situations
données». Cette définition est fondée sur une hypothèse sous-jacente : le
fonctionnement de l’élève est cohérent si l’on se place de son point de vue.
Deux exemples de conceptions
L’auteur a puisé ses exemples en physique où il a particulièrement étudié deux
domaines, à savoir : les circuits électriques et la mécanique. Dans le cas des circuits
électriques simples comportant des piles ou des générateurs de tension, et des résistors,
une conception largement majoritaire est la suivante : «Tout se passe comme si la pile
constituait une réserve de quelque chose de matériel (nommé : courant, électricité,
électrons) qu’elle fournit au circuit à un débit constant. Le raisonnement se fait en terme
d’une notion unique le «courant» qui est fourni par la pile et qui se déplace dans le
circuit sans influence de l’aval sur l’amont».
Dans le cas de la mécanique, Viennot propose une conception qui permet d’interpréter
les réponses des étudiants : si dans la question le mouvement est directement accessible,
c’est-à-dire observé ou présenté sous forme d’un diagramme, deux cas se présentent :
1. il y a compatibilité entre force et vitesse ( force et vitesse de même sens ou les
deux nulles), alors l’étudiant répond correctement( la force agit sur la masse)
2. il n’y a pas compatibilité, alors l’élève propose «une force de la masse» (et non
agissant sur), elle est alors proportionnelle à la vitesse(dans ce cas L.Viennot
appelle cette force : le «capital force»).
55
Texte 8 : Étude de l’activité des élèves de lycée en situation d’enseignement de la
physique
Auteur : Andrée Tiberghien et Jacques Vince.
Source : UMR GRIC (CNRS-Université Lumière Lyon 2), Equipe
COAST( Communication et Apprentissage des Savoirs Scientifiques et
Techniques)
Dans cet article, les auteurs introduisent succinctement l’évolution des recherches en
didactique des sciences et précisent ensuite le cadre théorique des études sur l’activité
des élèves en situation d’enseignement avant de donner quelques exemples d’analyse.
1. Un aperçu de l’évolution des recherches en didactique de la physique
La didactique des sciences a débuté par l’innovation dans les pays occidentaux, plus
précisément aux USA dans les années 50 et en France dans les années 70 ou des projets
d’enseignement dont les niveaux abordés allaient de la maternelle à l’université, ont été
développés sous la responsabilité des physiciens reconnus.
Malgré un enseignement rénové et pertinent aux yeux de nombreux physiciens, certains
chercheurs associés à ces projets ont pris conscience que les élèves avaient encore de
56
grandes difficultés à comprendre des concepts de base de la physique. C’est ainsi que la
majorité de premiers travaux de recherche ont apporté sur les conceptions des élèves.
Les travaux de recherche se sont nettement diversifiés, et on a pu distinguer différents
thèmes de recherche : les séquences d’enseignement, les activités des élèves pendant
l’enseignement, l’évolution des conceptions avec l’enseignement, les nouvelles
technologies, l’image des sciences, l’épistémologie des professeurs, des élèves,
l’évaluation, les enseignants.
2. Un domaine de la didactique de la physique : les conceptions des élèves
Les auteurs considèrent qu’une conception est un ensemble de connaissances ou de
procédures hypothétiques que le chercheur attribue à l’élève dans le but de rendre
compte des conduites de l’élève dans un ensemble de situations données.
Pour illustrer l’écart entre le langage quotidien et le langage scientifique, les auteurs
prennent l’exemple des termes «son» et «bruit». En effet, pour le physicien, le mot
«son» est un terme neutre, générique, il n’en est pas de même dans le lexique courant,
où son et bruit ne sont pas utilisés de manière équivalente, le premier se disant de
préférence de sons vocaux, tandis que le second s’applique à ceux qui produisent un
effet désagréable.
L’autre aspect considéré par les auteurs est plus lié à l’expérience du monde matériel
que l’on perçoit et à la causalité fréquemment. Par exemple, des réponses semblables
sont obtenues pour des questions associées à certains circuits simples (générateurs ou
piles, ampoules ou résistors en série ou en parallèle), quelque soit le niveau des élèves,
de la 6ème à la maîtrise.
De l’analyse de ces réponses, apparaît une conception qui illustre une approche en terme
de causalité. Cette conception consiste à considérer que le générateur est la cause des
événements observés, considérés comme des effets (le chauffage du resistor ou la
brillance de l’ampoule).
Les auteurs signalent ensuite, un point essentiel qui est l’intervention d’une notion
unique et en même temps multiforme qui va permettre à l’élève d’interpréter ou de
prévoir la situation, le plus souvent à partir d’un raisonnement causal simple. Pour
interpréter et prédire le comportement des circuits électriques, une seule grandeur est
insuffisante et la valeur d’une grandeur électrique dépend de l’ensemble des éléments
présent dans le circuit.
57
3. Approche théorique sur les relations entre apprentissage et situations
d’enseignement
L’étude des relations entre les situations d’enseignement et l’apprentissage des élèves
nécessite des choix théoriques sur les savoirs et sur l’apprentissage ; elle est un axe de
recherche essentiel de la didactique.
S’appuyant à la fois sur les travaux de Piaget et de Vygotski, basés sur l’approche socio-
constructiviste, les auteurs présentent d’abord l’orientation choisie pour l’apprentissage
en lien avec l’élaboration et l’analyse des situations d’enseignement. «la plus grande
différence entre Piaget et Vygotski est que le premier privilégie l’interaction de l’enfant
avec le monde des objets physiques et prend comme première référence l’action
matérielle sur et avec les objets, tandis que le second privilégie l’interaction de l’enfant
avec autrui et prend comme référence le langage. On voit bien que les deux approches
sont complémentaires, non pas contradictoires».
D’une certaine manière, la rencontre avec des situations nouvelles peut être utilisée
comme un levier de l’apprentissage et du développement. C’est la théorie des situations
didactiques, que Brousseau(1998) a nourrie le premier. Ni Vygotski ni Piaget n’ont
poussé les deux assez loin dans cette direction, qui est celle de l’organisation des
perturbations, en vue de provoquer l’apprentissage.
Pour concevoir leurs séquences d’enseignement, les auteurs s’inspirent à la fois de
Piaget et de Vygostski, tout en considérant que dans l’enseignement et l’apprentissage
de la physique, le rôle de l’interaction de l’apprenant avec les objets matériels est
essentiel.
De plus, partageant l’approche didactique de Brousseau(1998), les auteurs s’appuient
sur la contingence dans la conception des situations d’enseignement.
3.1 Choix épistémologique et hypothèses d’apprentissage spécifiques
Les auteurs présentent ici leurs hypothèses spécifiques sur les relations entre les
savoirs et l’apprentissage. Ils posent que la construction du sens se fait par des mises en
relation entre différents éléments du savoir et différentes représentations d’un même
concept.
Concernant la relation entre différents éléments de savoir du point de vue de la
modélisation, le choix des auteurs est d’ordre épistémologique et reste fondé sur la
modélisation du monde matériel inanimé, qui est un aspect essentiel du fonctionnement
58
de la physique. Ils formulent ainsi l’hypothèse suivante : « lorsqu’une personne ou un
groupe de personne explique, interprète ou prédit des situations du monde matériel, la
plupart du temps leurs productions mettent en jeu des objets ou événements
observables, et/ou des relations entre eux, ce qui implique une activité de modélisation
(Tiberghien, 1994).
Différents types de savoir sont en jeu dans la modélisation qu’on subdivise en
deux catégories entre liées : le monde des théories et modèles et le monde des objets et
événements. Au niveau des théories et modèles, les élèves peuvent utiliser leur savoir
quotidien qui peut ou non recouvrir le savoir enseigné de la physique. Quant au niveau
des objets et événements, le champ expérimental reste en interaction avec la vie
quotidienne.
Concernant les hypothèses spécifiques associées aux représentations
symboliques, les auteurs considèrent différents types de registres sémiotiques, à partir
du travail de Duval(1995) : le langage naturel, les graphes, la géométrie vectorielle, les
schémas, les formules algébriques, etc. Cette distinction des registres sémiotiques a
conduit les auteurs à formuler les hypothèses suivantes (Ainsworth et al., 1996 ; Duval,
1995 :
Un même concept peut être représenté de manières différentes, chaque
représentation apportant une information à son sujet. C’est la compréhension de
l’ensemble des représentations qui permet de donner du sens au concept. Par
exemple dans le cas de la force, on a au moins trois registres :
le langage naturel affirmant que la force exercée par un système A en
interaction avec un système X, l’action de A sur X
la formule algébrique : F = mg
la géométrie vectorielle définissant la direction, le sens, le point
d’application et le module de la force.
Les auteurs considèrent à la suite de Duval(1995) que : «l’activité conceptuelle
implique la coordination des registres sémiotiques». Il faut également «être
parvenu au stade de la coordination de représentations sémiotiquement
hétérogènes» pour pouvoir «discriminer le représentant et le représenté», ou la
représentation et le contenu conceptuel que cette représentation exprime,
instancie ou illustre.
Les auteurs reprennent encore à leur compte une hypothèse de Duval(1995) : «
le changement de registre constitue une variable cognitive qui se révèle
59
fondamentalement en didactique : elle facilite considérablement l’apprentissage
où elle offre des procédures d’interprétations». «Un sujet chez lequel la
coordination des registres s’est trouvée suffisamment développée peut très bien
s’en tenir aux représentations d’un seul registre. De son point de vue, la relation
directe entre représentant et représenté est suffisante».
3.2 Hypothèses spécifiques à partir de la théorie des situations
Les auteurs ne reprennent que certains aspects de la théorie des situations de
Brousseau(1998), le milieu et la dévolution qu’ils présentent succinctement.
« La dévolution est l’acte par lequel l’enseignant fait accepter à l’élève la responsabilité
d’une situation d’apprentissage (adidactique) ou d’un problème et accepte lui-même les
conséquences de ce transfert». Ainsi, le professeur dévolue à l’élève le «pouvoir» et la
possibilité de construire de nouveaux éléments de savoir (ou savoir-faire).
Pour Vergnaud, dans sa théorie de situations, Brousseau propose «l’organisation des
perturbations, en vue de provoquer l’apprentisssage». Dans leur perspective, les auteurs
élargissent cette organisation de la situation d’enseignement à celle de la
communication permettant, s’il y a dévolution, des interactions verbales qui favorisent
l’apprentissage.
4. Compréhension par les élèves d’un savoir physique dans une situation
d’enseignement habituelle.
Comme exemples d’analyse des productions d’élèves, au cours d’un
enseignement de physique, qui illustrent la description en langue naturelle
d’événements familiers en termes pertinents pour la physique enseignée, les auteurs
prennent le cas de l’enseignement de son en classe de seconde. Dans un premier temps,
le savoir visé consiste à associer le son à des phénomènes mécaniques : vibration des
objets ou d’une partie d’objets, fréquence, amplitude puis il s’agit de mettre en relation
la perception auditive du son avec la fréquence et l’amplitude de la vibration source.
Les élèves sont ainsi amenés à construire une nouvelle phénoménologie du son. Les
auteurs ont étudié la situation d’enseignement où les élèves doivent mettre en relation
des perceptions et des phénomènes mécaniques, en particulier la perception aigu/grave
avec la fréquence de la vibration source, celle de fort/faible avec amplitude.
Une expérience réalisée par les auteurs a montré que le langage quotidien de
deux élèves considérés, ne leur permet pas de décrire d’emblée la perception d’un son
fort ou faible ayant la même fréquence et que cette expérience leur est familière. Ainsi
ils oscillent entre un même son (la même chanson) et un son qui change(il est plus fort).
60
Ceci pose évidemment la question de ce qui définit un son dans la vie de tous les jours
et pour la physique. Ces différences de caractéristiques d’un même concept dans deux
contextes d’utilisation différents devraient non seulement pouvoir être prise en compte
pour l’enseignement mais aussi devenir explicite dans un second temps pour les élèves.
Il est donc nécessaire de dissocier ces deux aspects, familiarité d’une situation et sa
description en langage naturel en termes des événements caractéristiques pertinents pour
l’étude physique.
5. Compréhension par les élèves d’un savoir physique dans un environnement de
simulation
Le cas présenté ici met en œuvre, en plus des hypothèses liées à la modélisation
celles liées aux registres sémiotiques. Les auteurs présentent tout d’abord en quoi ces
hypothèses vont jouer sur la construction et l’environnement de simulation conçu dans
leur équipe. Ils analysent ensuite très succinctement l’activité des élèves pour une des
tâches.
Pour faire cette étude, les élèves ont étudié un logiciel qui a été étudié avec huit
dyades dont l’une a été filmé intégralement. Les données consistent en la trace
automatique des actions des élèves de la dyade sur l’ordinateur et dans la transcription
des dialogues à partir des bandes vidéos.
Sans entrer dans la description de cette expérience (qui nous renvoie de temps en
temps à l’ordinateur), nous mentionnons, en conclusion, les principaux résultats obtenus
par les auteurs dans le cas de l’étude de l’utilisation de StimulaSon :
Nécessité d’un apprentissage pour la description des représentations pour elles-
mêmes (familiarité)
Localité des réponses correctes dans un environnement riche
Rôle crucial des questions qui doivent aider les élèves à comprendre leur
environnement
Rôle crucial des rétroactions sur l’autonomie des élèves
6. Conclusion
Nous reprenons ci-dessous la brève conclusion donnée par les auteurs au terme
de cette recherche :
61
« La conception de situations d’enseignement et les données associées aux activités des
élèves et de l’enseignant permettent de construire de nouvelles connaissances sur
l’apprentissage et sur l’enseignement.
Les aspects langagiers sont multiples :
Dans l’analyse des savoirs enseignés en relation avec les connaissances initiales
des élèves : différence entre langue scientifique et langue quotidienne
Dans la conception des situations et la mise en scène du savoir : formulation des
textes du savoir et des questions et mise en scène des supports avec prise en
compte des registres sémiotiques
Dans l’analyse des productions des élèves : analyse des interactions verbales et
gestuelles, analyse syntaxo-sémantique et analyse en termes de modélisation
(importance du lexique)
Ainsi, cette orientation de recherche est productive et nécessiterait d’être développée»
Texte 9 : Le problème de physique et sa pédagogie. Comment les élèves s’y
prennent-ils ?
AUTEUR : MONIQUE GOFFARD (1994)
Préface de Jean-Louis Martinand
Livre édité en janvier 1994 (physique – didactique)Adapt, 85p.
Les recherches sur l’enseignement de la physique se poursuivent depuis plus de
décennies en particulier au sein du LIREST, le Laboratoire Interuniversitaire de
Recherche sur l’Education Scientifique et Technologique, auquel Monique Goffard,
l’auteur du livre « Le problème de physique et sa pédagogie. Comment les élèves s’y
prennent-ils ? » a participé comme chercheur et comme enseignant. Son ouvrage est
donc l’héritier d’un projet collectif en même temps que le résultat d’une recherche
personnelle en didactique des sciences physiques et a bénéficié conséquemment du
recul, du pouvoir d’invention, de l’exigence de validation, des confrontations, qui
s’attachent à toute entreprise de recherche scientifique.
62
Comment aider les élèves à résoudre les problèmes de physique et à apprendre en
les résolvant ? Comment les élèves s’y prennent-ils face aux problèmes de physique ?
Comment les aider à apprendre à les résoudre, à apprendre la physique en les résolvant ?
L’auteur suggère des pistes en s’appuyant sur une recherche expérimentale en
didactique menée dans ses classes en lycée sur des problèmes de mécanique. Ce
domaine important et complexe est sans doute celui qui donne lieu au plus grand
nombre de problèmes, peut-être parce qu’il est le premier où se construise une
formalisation théorique d’ensemble. Le choix est certainement judicieux, même s’il
n’est pas universel.
A partir de ce travail, l’auteur essaie de comprendre les stratégies spontanées des
élèves et d’évaluer l’efficacité des différentes aides qu’on peut leur apporter. Des pistes
de travail sont ainsi dégagées pour un véritable enseignement de la résolution des
problèmes, afin que ces derniers ne restent pas de simples applications du cours ou des
moyens d’évaluation, mais permettent aux élèves, placés en situation de recherche
scientifique, de s’approprier les concepts et de dialoguer avec le savoir qu’ils
construisent.
D’après la vision objectée par l’auteur, le thème du problème de physique se
développe selon trois orientations :
La première vise à préciser nos connaissances sur la manière dont les élèves s’y
prennent pour résoudre des problèmes, c’est-à-dire pour faire face à des tâches pour
lesquelles ils ne disposent ni de recettes, ni de modèles de solutions, ni de schémas de
démarches. Quels sont leurs stratégies et leurs raisonnements, quelles difficultés
rencontrent-ils, dans quelles impasses s’engagent-ils ?
La deuxième orientation vise à enrichir la panoplie des "situations-problèmes"
offertes aux élèves, en exploitant toutes les possibilités du montage pratique à
l’élaboration théorique, de l’exercice de mémorisation ou d’application à l’étude pour
approfondir un aspect ou développer un projet. Quels sont les contenus et les modalités
qui caractérisent les situations les plus intéressantes ?
Enfin, la troisième orientation vise à améliorer les aides apportées aux élèves pour
apprendre à résoudre et apprendre en résolvant des problèmes. Comment mobiliser des
63
stratégies puissantes et pertinentes, comment induire la mise en œuvre de procédures,
d’idées directrices, de connaissances factuelles pour avancer ou contrôler la solution,
sans surcharger la mémoire ?
Cet ouvrage s’inscrit primordialement dans cette dernière perspective que l’auteur
illustre avec des exemples pris dans le domaine de la mécanique. Ce travail est digne
d’intérêt à plusieurs titres. Il suppose d’abord que le maître est un acteur, un "décideur"
dans le processus d’apprentissage et que toute proposition, aussi bien "évaluée" soit-
elle, risque de conduire à des refus ou en tous cas à des déformations. Une telle
problématique de recherche assume donc pleinement l’hypothèse que les changements
de pratique sont en définitive l’œuvre des praticiens, non des administrateurs de
prescriptions. Le rôle de la recherche est d’inventer, d’explorer, d’éclairer, de
comprendre, non de justifier des obligations ou d’argumenter des prédications
pédagogiques.
Ensuite il prend en compte le fait qu’en règle générale une modification partielle et
locale, isolée, n’est pas viable et que sans mise en cohérence, il y a tôt ou tard retour aux
coutumes "éprouvées". L’attention est donc portée à l’ensemble des conditions qui
permettent à une innovation de trouver sa place, comme à l’ensemble des conséquences
qu’elle entraîne. C’est pourquoi il est question ici à la fois de la signification
scientifique des problèmes, de la fonction éducative des activités de résolution -
appliquer une connaissance, s’approprier un schéma de solution, construire un concept,
étudier un modèle - et des "modes de travail pédagogique" adaptés à la nature des
situations-problèmes.
Enfin, enraciné dans des pratiques d’enseignement au lycée, de formation des
maîtres, d’innovation pédagogique et de rénovation des programmes, cet ouvrage fait
surgir les questions didactiques, élabore les notions qui permettent de penser la
pédagogie du problème de physique et précise les enjeux. C’est un cadre intellectuel qui
est ici proposé, débordant l’enseignement de la mécanique et le niveau du lycée.
Ces écrits apportent donc des réponses nouvelles et fortes à des préoccupations
permanentes. Mais ils sont aussi opportuns au moment où les modifications des
programmes et des instructions insistent sur la nature spécifique de la physique et de la
chimie, sur leur rôle éducatif de changement du regard des jeunes sur le monde, au
64
moment où les enseignants sont invités à mettre en œuvre une pédagogie d’authentique
investigation en diminuant la part de la pédagogie de la présentation du savoir et de
l’exercice d’application, il y a urgence à leur fournir des outils pédagogiques nouveaux.
Il faut disposer d’instruments pour concevoir, piloter, analyser des situations
d’enseignement et d’apprentissage plus variées, en particulier ces situations de
résolution de problème, en classe ou à la maison, qui, à côté des manipulations,
observations, expérimentations d’objets et de phénomènes réels ou simulés, sont une
composante fondamentale des sciences physiques.
Pour opérationnaliser cette pédagogie, sept (7) grandes étapes structurent
optionnellement une démarche d'investigation. Cependant, selon le thème étudié et les
objectifs pédagogiques visés par le professeur, il pourra ne pas être indispensable au
cours d'une séquence de décliner la totalité de ces 7 étapes qui décrivent respectivement:
Le choix d'une situation problème par le professeur : Les objectifs de cette
accroche sont de faire émerger les représentations des élèves et de repérer leurs
acquis initiaux. Il est donc important de choisir une situation initiale concrète,
qui a du sens pour les élèves.
L'appropriation du problème par les élèves: La compétence travaillée est ici
"Comment passer d'une question de la vie de tous les jours à une question
scientifique ?". Le travail de reformulation est important car il doit permettre au
problème ou à l'objet d'étude d'être compris par tous.
La formulation de conjectures, d'hypothèses explicatives, de protocoles
possibles: En groupes, les élèves formulent des hypothèses (par écrit ou
oralement) et élaborent des expériences pour valider ces hypothèses : ils
communiquent ensuite leurs propositions à la classe.
L'investigation ou la résolution du problème conduite par les élèves: Ce travail
en groupe s'articule autour de la description et la réalisation de l'expérience, du
contrôle de l'isolement des paramètres et de leur variation, de la description et
l'exploitation des méthodes et résultats, de la confrontation avec les hypothèses
formulées. L'objectif de cette phase est la recherche d'éléments de justification et
de preuve.
L'échange argumenté autour des propositions élaborées: A partir des
communications faites à la classe par les groupes sur les solutions élaborées, les
65
résultats obtenus et les interrogations qui demeurent, le but est de confronter les
propositions et de rechercher des arguments
L'acquisition et la structuration des connaissances : L'objectif est la
reformulation écrite par les élèves des connaissances nouvelles acquises en fin
de séquence: il est donc important que la séquence ait permis la mise en
évidence de nouveaux éléments de connaissance, la confrontation avec le savoir
établi, la recherche des causes d'un éventuel désaccord.
L' opérationnalisation des connaissances: Il faut enfin évaluer l'acquisition des
connaissances et compétences méthodologiques de la séquence par des exercices
permettant d'automatiser certaines procédures, de maîtriser les formes
d'expression liées aux connaissances travaillées ou par de nouveaux problèmes
permettant la mise œuvre des connaissances acquises dans de nouveaux
contextes.
CONCLUSION
Satisfaction est nôtre dans le sens que ce travail de lecture et de résumé de
différents textes – résultats des différentes recherches en Didactique de Physique a
complété et actualisé nos modestes connaissances supérieures dans cette orientation
spécifique de compréhension et d’enseignement de discipline scientifique.
Nous pensons que d’autres travaux pourront dans un futur bref s’y atteler pour
pouvoir mettre à la disposition des formateurs de maîtres en physique, en formation
initiale ou continue dans nos régions africaines, les résultats de la recherche en
didactique de la physique déjà entrepris au niveau international sous forme d’un cadre
de consultation bien structuré qui jusque-là fait encore défaut dans nos bibliothèques.
Nous remercions profondément la chaire de l’UNESCO en Didactique des
sciences de l’Université Pédagogique Nationale à Kinshasa pour tous les courants de
recherche qu’elle motive déjà dans ce sens d’organisation de grandes pensées
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scientifiques. Nous remercions spécialement notre maître formateur en Didactique de la
Physique, le Professeur Ntampaka pour ce modèle précieux de type de recherche auquel
il nous a orienté dans le souci de nous voir dominer un bagage suffisant dans cette ligne
de formation.
Nous pensons que les lecteurs qui tomberont sur ces feuillets iront consulter les
sources originaires de chaque texte pour plus d’informations, d’autant partiel que puisse
servir de lecture limite ce résumé qui vient d’être produit dans le cadre spécifique de
travail pratique des séminaires en didactique de la physique.
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