Congrès UdPPC, Nantes 2012 Nouveaux programmes, nouveau travail: différentes approches pour construire une séquence. Propositions subjectives… Jacques

Congrès UdPPC, Nantes 2012

Nouveaux programmes, nouveau travail: différentes approches

pour construire une séquence. Propositions subjectives…

Jacques VinceLycée Ampère, Lyon

Groupe SESAMES, enseignant associé à l’Ifé- ENS [email protected]

http://pegase.inrp.fr

Congrès UdPPC Nantes 2012

Situations d'Enseignement Scientifique : Activités de Modélisation, d'Évaluation, et de Simulation

Congrès UdPPC, Nantes 2012 2

Plus de 200

notions et

contenus

118

compétences

en TS

Des orientations thématiques

Environ 100 compétences

en 1 ère S

11compétences

Mesures et incert.

L’illustration de 3

grandes phases

de la démarche

scientifique


Santé

Sport Univers

Ondes sonoresOndes électromagn

Lumièrepropagation

vitesseAtomes, noyaux,

chargeCorps purs, mélange

Réflexion totale

Réfraction

Molécules (formules, modèles), isomérie

Tableau périodique

Solution : solvant, soluté, dissolution

Quantité

Concentrations

Ppe actif, excipient, formulation

Naturelle/synthétique

Extraction, séparation, identification

Groupe caractéristique

Synthèse

Relativité du mvt, vitesse, référentiel

trajectoire

Spectres émission et absorption

Action, force, effet de la force

Principe d'inertieMesuretemps/durées

Combustion

Pression dans les liquides, influence de la profondeur

Dissolution gaz dans liquide

Description de l'univers, structure lacunaire

Dispersion

Snell-Descartes

Masse et dimension de l'atome

Gravitation,pesanteur

Observation Terre, planètes

Loi de Boyle-Mariotte, limites

Pression d'un gaz, force pressante

Caractéristiquesphysiques

CCM

Système/réaction chimique, équation

Signaux périodiques

Année de lumière

Fréq. PériodeTension max min

Éléments, isotopes, ions,

duet-octet

Familles chimiques

Analyses médicales

Dilution

Matériaux

Espèce chimique

3


Santé

SportUnivers

Signaux périodiques

Ondes sonoresélectromagnétiques

Lumièrepropagation.

vitesse

Atomes, élément, etc…

Espèces chimiques,corps purs, mélange

Réflexion totale

Réfraction

Molécules (formules, modèles, isomères)

Tableau périodiqueSolution aqueuse

Mole

Concentration

Principe actif, excipient

Naturelle/synthétique

Extraction, séparation,

identification

Groupe caractéristique

Caractéristiquesphysiques

CCM

Synthèse

Transformation / réaction

Relativité mouvement,référentiel, trajectoire

Spectres

Action, force, effet de la force

Principe d'inertieMesure d’une durée

CombustionPression d'un gaz, d’un liquide, force

pressante

Pression et profondeur

Description de l'univers

Dispersion

Snell-DescartesGravitationpesanteur

Techniques d'observation

Boyle-Mariotte

Dissolution gaz dans un liquide

4


La trilogie des compétences…

Observer……le programme

Comprendre……sa ligne directrice

Agir……devant les

élèves…

5


Encore un programme

concocté par des didacticiens coupés de la

réalité


Didactique ?

7

« L’enseignant doit être un accompagnateur de

chaque élève dans l’acquisition de compétences qui

ne peuvent être opérationnelles sans

connaissances, qui sont à la fois la base et l’objectif

de la didactique, notamment scientifique. Formation

des esprits et acquisition de connaissances sont

deux facettes indissociables de l’activité éducative »

BO HS8 13/10/2011


La didactique peut-elle sauver l’enseignement

des sciences physiques ?

Qu’a-t-elle à dire sur de nouveaux programmes ?


Ce que n’est pas cet atelier…• Une session de formation continue avec

ateliers en petits groupes…• Un cours de M1 pour apprendre à préparer une

séquence…• Une méthode magique pour élaborer

facilement des séquences d'enseignement• Une tentative de lire les intentions cachées

des concepteurs des programmes… pour ne pas trop se stresser avec "l'esprit" du programme

• Un débat sur la pertinence de la présence de quelques nouveautés (incertitudes en particulier) 9


Ce qu’aurait pu être cet atelier…• Une session de travail en petits

groupes pour confronter les approches et faire fonctionner quelques outils proposés…

• Un forum de discussion sur les difficultés de mise en œuvre des programmes de 1ère S et TS…

10


Ce que va tenter d’être cet atelier…une présentation d'outils pour

– donner du relief au programme et (pour) gérer son temps

– élaborer des séquences d'enseignement en tenant compte d'outils censés résister aux différentes réformes

– ré-injecter la prise en compte des idées initiales et/ou des difficultés des élèves dans la construction de ces séquences

11


Proposition…

• Contexte institutionnel• Quelques constats

(côté élèves, côté enseignants)

• S’approprier un programme et y mettre du relief : à partir de quels éléments de réflexion

• Quelques exemplesÉnergieOndesMécanique

12


Le dilemme du lycée…

Contexte institutionnel

Contribuer à la culture

scientifique

13


Le contexte de l’introduction des thèmes

• Une urgence après un projet avorté

• Une volonté réaffirmée d’ancrer

l’enseignement des SPC « dans le réel »

– Thèmes en seconde

– Sujets « de société » type défi énergétique

– Introduction d’outils classiques du praticien

(physicien ou chimiste) sans transposition très

réfléchie


14


D’autres éléments de contexte…• Un contexte de réduction du temps d’enseignement (30 min en 2nde, un tiers de l’horaire en 1ère S…)

• Des structurations différentes des contenus

• Des recommandations sur les méthodes pédagogiques mais une liberté pédagogique célébrée

• Une évaluation nationale préservée


15


Le cycle terminal


• Structuration via 3 phases de LA démarche scientifique

• Des objectifs bien plus définis en termes de compétences qu’en termes de savoirs

• « s’appuient sur des entrées porteuses et modernes »…

• Utiliser de la science pour (extraire et exploiter des informations…)

16


Le cycle terminal

17


1ère S Term S

Observer Couleurs et images

Ondes et matière

Comprendre Lois et modèles

Lois et modèles

Agir Défis du XXIe siècle

Défis du XXIe siècle


En TS

18


• 11 compétences sur Mesures et incertitudes

• 120 compétences 92 non expérimentales

28 expérimentales

Ondes et matière

Lois et modèles

Défis

5 +1 17+7 6+210+6 18+5 4+28+1 14+1 10+3

23+8 49+13 20+7


De « nouvelles » compétences…

• Extraire et exploiter des informations… Une compétence non expérimentale sur 4 en TS (1/5 en 1ère S)

• Pratiquer une démarche expérimentale (11/26)• Mettre en œuvre une démarche expérimentale (7/26)

• Rédiger une synthèse de documents pouvant porter sur : - l’actualité scientifique et technologique ; - des métiers ou des formations scientifiques et techniques ; - les interactions entre la science et la société.


19


Quelques constats…Données extraites des dossiers de

l’enseignement secondaire

L’image des Sciences Physiques et Chimiques au lycée (LEGT et LP)

Dossier n°181 (DEPP - Mars 2007)661 LEGT, 528 LP, 6 acteurs par établissement

(élèves, professeurs et chef d’établissement)Enquête effectuée en octobre 2005

20

Quelques constats


Que font les élèves en classe de physique-chimie?

• 30 % ne sont jamais interrogés au début du cours sur ce qu’ils savent déjà du sujet traité.

• 31 % sont toujours ou souvent en train d’écrire sous la dictée de leur professeur

• Dans 18 % des cas la recherche d’une réponse à un problème ne se fait que dans le cadre expérimental.

21

Quelques constats


Quelques données sur ce qui encourage les élèves en science

(extraits d’un étude menée dans notre équipe)

Échantillon étudié : 552 élèves dont

226 élèves de 3e (108 G et 118F)205 élèves de 2nde (109 G et 96 F)121 élèves de 1ère S, STI, STL ou autres (93 G et 28 F)

Quelques constats

22


Qu’est ce qui vous décourage le plus en classe de sciences? Proposition « ne pas savoir utiliser le vocabulaire adapté »

49%

33%

Continuerles sciences

Arrêterles sciences

Une différence significative entre ceux qui veulent continuer les sciences et ceux qui veulent arrêter.

70% des 552 élèves répondent par l’affirmative (moyennement à beaucoup)

23

Quelques constats


Qu’est ce qui vous encourage le plus en classe de sciences?

14%

58%

23%

Pas du tout + un peu

moyennement Beaucoup +complètement

Proposition : « penser que les connaissances personnelles que vous avez du sujet sont utiles »

24

Quelques constats


Ce qui vous permet de comprendre la physique, c’est ?

Proposition« travailler avec mon voisin ou en petit groupe »

0

10

20

30

40

50

60

70

Pas du tout + un peu

moyennementBeaucoup +complètement

17%13%

63%

25

Quelques constats


Du côté des enseignants…

Enquête 1ère SSelon vous, le programme est :- structurant en termes de connaissances et méthodes scientifiques- une suite de "briques" de connaissances et méthodes séparées les unes des autres

26

Quelques constats

structurant 13%

suite de briques72%

autre; 15%

N=243


Du côté des enseignants…

Enquête 1ère SLes contours du programme vous paraissent-ils assez précis ?

27

Quelques constats

N=243

Autre 5% (12)

OUI 29% (71)

NON 66% (160)


Mais que peut-on améliorer ?Une marotte du didacticien…

Professeur

Élève Savoir

Relation didactiqueRelation pédagogique

Relation d’apprentissage

Mon triangle à moi, il a aussi trois côtés : saquer, surcharger

et sanctionner!

28

Didactique ?


S’approprier un programme, y mettre du relief…

• Tenter de formuler un ou deux objectifs principaux par partie…

• Mettre en réseaux les concepts cités, repérer les concepts manquant…

• Hiérarchiser les compétences, les reformuler éventuellement.

• Repérer le champ expérimental courant et le champ expérimental didactique connu

29


S’approprier un programme…

Ce travail se fait sous l’influence : • des hypothèses d’apprentissage, en particulier pour l’apprentissage de la physique• de l’analyse conceptuelle des savoirs nécessaires• de la connaissance des idées initiales sur le sujet• des objectifs en termes de méthode ou de compréhension de l’activité scientifique• du temps d’enseignement• de l’évaluation terminale, très sommative.

…

30

Ouais bah moi je suis payé pour enseigner ce

qui est vrai, pas les idées farfelues des

élèves


A quoi servent des éléments théoriques sur l’apprentissage ?

On a tous des idées sur ce qu’on croit être les "bonnes" (meilleures ?) façons d’apprendre d’un élève… Regarder sa propre pratique pour la questionner…

La recherche en fait un objet d’étude et peut proposer/tester des situations d'enseignement qui favorisent l’apprentissage.

Les théories de l’apprentissage

Gratter pour que ça rentre, y a que

ça de vrai

Comment voulez-vous qu’ils

apprennent de la physique s’ils ne font

pas de manips

31


La motivation de l’élève passe par :

– Une meilleure compréhension de ce que

l’on attend de lui

– Une diminution du sentiment d’arbitraire

– Une prise en compte plus importante de ce

qu’il sait et de ce qu’il produit (juste ou non )

– Des activités/situations qui suscitent la

curiosité, la recherche, …

Et la motivation fut ??

Les théories de l’apprentissage

32


Mais au fait, qu’est-ce que faire de la physique ?

Analyser et interpréter les objets et les événements du monde matériel (point de vue partagé par les élèves, qui disent davantage expliquer)

Faire des prévisions sur ce monde (peu évoqué par les élèves)

Ceci nécessite • d'utiliser des théories, des modèles, des concepts qui

permettent une certaine objectivation des situations ;• de simplifier, d’idéaliser, de faire des choix, de

confronter aux situations matérielles...

bref modéliser...

33

Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique


Vers une épistémologie "scolaire"…

MODÈLE

Lois, principes, définitions, théorèmes, paradigmes…

Instrument reliant champs empirique et théorique

Objets, événements…

Apprentissage des élèves:

Relations difficiles et nécessaires

34



monde de la théorie et du modèle

Articuler les deux mondes...

monde des objets et des événements

Relations entre concepts

Relations entre événements et/ou objets

Relations entre concepts et/ou événements/objets

Ce qui crée du sensLa difficulté essentielle

35


(Gaidioz & Tiberghien, 2003 ; Gaidioz, Vince & Tiberghien, 2004)


Moi je pense que la physique est omniprésente autour de

nous : pas question que je sépare

ces deux trucs



Pour l'apprentissage initial...

Cette activité de modélisation nécessite d'étudier des situations “simples” et/ou très épurées...

• pour lesquelles l'explication ou l'interprétation en termes de physique ne présente pas a priori un intérêt immédiat.

• éloignées des situations que les élèves pourraient avoir envie de comprendre...

M odélisation de la s ituation (M onde des théor ies et des modèles )

F Terre /li vre

F Table /li vre

37

R

P



(Une potentialité de l'expérience sous-exploitée ?)

38

Ce cadre d'analyse permet aussi de mettre en évidence tous les rôles que peut jouer l'expérience :

• révéler les idées des élèves (situation-problème), leur en faire prendre conscience et mettre en place des outils pour modéliser

• valider un modèle (vérifier que…)• susciter le besoin d’un (nouveau) modèle• induire un nouveau modèle• donner lieu à prévision à l’aide d’un modèle • permettre d'explorer le champ de validité



S’approprier un programme…Ce travail se fait sous l’influence : • des hypothèses d’apprentissage, en particulier pour l’apprentissage de la physique• de l’analyse conceptuelle des savoirs nécessaires• de la connaissance des idées initiales sur le sujet• des objectifs en termes de méthode ou de compréhension de l’activité scientifique• du temps d’enseignement• de l’évaluation terminale, très sommative.

…

39


Voir la construction de séquences à travers deux lentilles différentes

Penser une articulation cohérente

des contenus scientifiques

Penser la prise en

compte des idées des

élèves (révéler,

prendre en charge,

dépasser…)

Roth et al., 201140


Exemple d’analyse : l’énergie


Une question socialement vive…• Une introduction d’une question sociale, non totalement aboutie…

• Des croisements disciplinaires peu préconisés

• Un concept et des enjeux sous influences multiples

42



énergie

43

• Une variété de disciplines convoqués, d’intérêts… et de « points de vue »

• Pas de résolution par mise à l’épreuve expérimentale

Quelle contribution de la physique ?

Communauté des citoyenset de la vie quotidienne

• Des savoirs théoriques relativement stables et anciens

• Des recherches et innovations essentiellement à finalité technologiques (efficacité…)

Communauté scientifique

Des « enjeux de société »

Les questions desélèves !

• Des savoirs scolaires très « transposés »

DE = W + Q



Une « neutralisation » des savoirs ?• Des questions dans les préambules, mais pas dans les contenus.

• Une sectorisation implicite (mécanique, électricité…)

• Une difficulté à prendre en compte explicitement d’autres champs disciplinaires

44



Des contextes d’usage très variés

45

• En physique scolaire, l’énergie peut être potentielle, cinétique, mécanique, interne, microscopique, macroscopique… électrique…

• Dans la vie courante, l’énergie peut être solaire, nucléaire, géothermique, hydraulique, fossile, verte, propre, chère, renouvelable, éolienne, thermique… et électrique !




Le défi énergétique ?


Quelques commentaires…

- Un résultat direct de l’interaction des contextes : la présence de l’énergie électrique comme concept essentiel…- Une entrée « mécanique » justifiée nulle part…- Un hétérogénéité forte des compétences- Un contexte électrique qui n’est pas « placé »- Un recours explicite à la chaîne énergétique, « objet » didactique à assumer comme tel.



Des usages courants à sonder et à prendre en compte

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• Je n’ai pas l’énergie de, je manque d’énergie• J’achète de l’énergie, on produit de l’énergie, on en

consomme…• L’énergie d’une pile a disparu lorsqu’elle est usée• Des hybridations énergie-force-puissance-vitesse• …



Objectifs principaux…Cas de l’énergie en 1ère S

- Savoir que l’énergie peut prendre différentes formes et qu’elle est caractérisée par ses propriétés de conservation, stockage et transfert.

Quelle que soit sa forme, la grandeur énergie peut être exprimée avec la même unité.Distinguer puissance et énergie.

- Analyser une situation d’un point de vue énergétique à l’aide de la notion de rendement.- Connaître et utiliser un critère pour désigner une ressource de renouvelable

Donner du relief, faire des choix : cas de l’énergie


Hiérarchiser les compétences…

*** Compétence structurante pour atteindre l’objectif principal d’apprentissage

** Compétence qui renforce une compétence structurante, ou utile pour accéder à une compétence structurante

* Compétence qui ne contribue pas au objectifs principaux





Des compétences souhaitables…

52

• Repérer et savoir articuler les points de vue quotidiens et scientifiques sur l’énergie.

• Analyser d’un point de vue énergétique (stockage, transfert, transformation) une situation dans des domaines variés (vivant, technologique, industriel…) ; savoir utiliser la représentation symbolique "chaîne énergétique" à cet effet.

• Articuler les dénominations des sources d’énergie dans la vie courante et les formes de stockage en science.

• Distinguer, sur une notice, une facture ou une étiquette d’efficacité énergétique, ce qui relève de l’énergie de ce qui relève de la puissance.



Des compétences souhaitables…

53

• Savoir reconnaitre dans un document une source dite renouvelable et comprendre pourquoi elle ainsi dénommée.

• Connaitre les manifestations observables correspondant aux transferts d’énergie et mener une analyse éventuellement quantitative pour prévoir une manifestation énergétique (faire un bilan d'énergie).

• Distinguer et articuler les concepts de puissance et d’énergie, aussi bien du point de vue de la langue que du point de vue mathématique et graphique.

• Par rapport à la fonction énergétique d’un appareil ou d’une situation, repérer le ou les transfert(s) utile(s) et ce qui est considéré comme des pertes. Savoir en déduire la valeur du rendement.



Progression…Activité d'introduction : l'énergie dans la vie courante et en physique…

Chapitre 1 Modèle de l'énergie, conservation de l'énergieActivité 1 - Énergie cinétique et énergie potentielle de pesanteurActivité 2 - Évolution quantitative des différentes formes de l'énergieActivité 3 – Interprétation à l'aide du modèleActivité 4 - cas d'un lancer verticalChapitre 2 Formes d'énergie : différentes façons de classerActivité 1 – Formes d'énergie en physiqueActivité 2 – Formes ou transferts ?Chapitre 3 Transferts d'énergie Activité 1 – Représenter une situation simple par une chaine

énergétiqueActivité 2 – Introduction à la puissanceActivité 3 – Transférer une quantité d'énergie plus ou moins

rapidement : notion de puissanceActivité 4 – Rendement d'un convertisseur

54



Cas des ondes (TS)

55


Exemple d’analyse : les ondes




Objectifs principaux… Pour comparer : cas des ondes en TS

- Savoir ce qu’est une onde et comment on la caractérise (donner du sens aux grandeurs associées)- Savoir reconnaitre expérimentalement les phénomènes associés (propriétés)

-Diffraction-Interférence-Effet Doppler

…



Analyse des contenusExemple d’analyse : les ondes


Analyse des contenusExemple d’analyse : les ondes


L’expérience des deux micros

63

GBF A BA

M1 M2

Mvt relatif des micros

Mvt relatif des courbes

Représentation spatiale de

l’état de l’air à t donné

Repérage de ldéfinition

Actions à mener pour

mesurer l



Autre conséquence sur les ondes

64

La nature de la physique et son fonctionnement

• On ne voit pas une onde.




Donner du relief, faire des choix : cas des ondes


Cas de la mécanique(TS)

67


Exemple d’analyse : mécanique


Objectifs principaux…

• Savoir décrire un mouvement et décrire une situation en termes de forces.• Savoir faire le lien entre mouvement et forces (lois de Newton) sur des situations variées.




Modélisation du mouvement Modélisation des actions















Comment construire des activités en tenant compte des idées initiales ?

Différents types d’activités:– Activités permettant à l’élève de prendre conscience de ses idées

initiales– Activités prenant appui sur les idées initiales pour construire du

savoir en physique– Activités illustrant la pertinence du modèle du physicien par

rapport aux idées initiales

Toutes ces activités ne sont pas toujours suffisantes :– changement de situation - réapparition de l’idée– coexistence des deux points de vue

76

Exemple d’analyse : un exemple de prise en charge des idées initiales


Exemple d’analyse : un exemple de prise en charge des idées initiales


La collaboration entre enseignants et didacticiens peut-elle fonctionner ?

Pratique de recherche

Pratique enseignante

Contenu disciplinaire

Outils généraux

Séquence

?

La collaboration entre enseignants et chercheurs

Besoins


Les ressources disponibles• Les documents destinés aux élèves

- Partie n (activités) - Exercices de la partie n • Les documents « prof » (aide à la mise en

place des activités et des exercices)• Pourquoi cette activité ?• Informations sur la préparation de l’activité• Analyse du savoir à enseigner et information sur le contenu• Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de

prendre en compte leurs difficultés• Corrigé

• Des vidéos d’élèves en classe(sur certaines parties de programme seulement)• Des textes plus généraux concernant cet

enseignement



Pour ne pas conclure…

• Les programmes ne nous y aident pas mais…• La didactique peut encore servir…• La réflexion épistémologique est indispensable

• Tout ceci nécessite énormément de tempsÉchangeons, mutualisons…

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Les ressources disponibles• Les documents destinés aux élèves

- Partie n (activités) - Exercices de la partie n • Les documents « prof » (aide à la mise en

place des activités et des exercices)• Pourquoi cette activité ?• Informations sur la préparation de l’activité• Analyse du savoir à enseigner et information sur le contenu• Informations sur le comportement des élèves et sur la façon de

prendre en compte leurs difficultés• Corrigé

• Des vidéos d’élèves en classe(sur certaines parties de programme seulement)• Des textes plus généraux concernant cet

enseignement



Quelques lectures…

82Nantes, mars 2010

Congrès UdPPC, Nantes 2012 83Nantes, mars 2010


Une référence utile… sans trop de jargon…

84Nantes, mars 2010


Documents

Congrès UdPPC, Nantes 2012 Nouveaux programmes, nouveau travail: différentes approches pour construire une séquence. Propositions subjectives… Jacques