Problème et situation-problème dans l’enseignement de la physique et en formation des maitres
Jean-Marie BOILEVIN
JM Boilevin - ADIS - Bruxelles - 13/09/18
PLAN
1- Désintérêt pour la physique dans l’enseignement secondaire
2- Place de l’épistémologie dans la formation des enseignants de physique
3- Place du problème dans l’enseignement de la physique
4 – Discussion - Conclusion
JM Boilevin - ADIS - Bruxelles - 13/09/18
La bicyclette
Pendant qu’une personne maintient la bicyclette dans une position verticale en la tenant par la selle, vous tirez sur la cordelette attachée à la pédale en position basse.
Cette bicyclette peut rouler mais non glisser sur le sol.
D’après vous, la bicyclette va-t-elle commencer par :
Avancer ?
Reculer ?
Rester immobile ?
Eléments de contexte
Processus d'enseignement et de recrutement en Europe
Introduction de référentiels de compétences professionnelles :
Enquête internationale sur l’enseignement et l’apprentissage TALIS (OCDE, 2014) : enseignants débutants
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Désintérêt pour la physique dans l’enseignement secondaire
JM Boilevin - ADIS- Bruxelles - 13/09/18
Des constats récurrents
- De multiples rapports de type institutionnel :
OCDE, Union européenne, Unesco
France : rapports MEN, Inspection générale, Académie des sciences, Sénat, Assemblée Nationale,
- Des recherches en sociologie ou en éducation scientifique
Des constats récurrents
- Des constats à peu près consensuels partagés par les chercheurs et les rapports d’origine institutionnelle
- Les élèves du secondaire considèrent la physique comme très difficile et ennuyeuse
Quelques raisons avancées
Explications externes à la discipline
Explications internes à la discipline
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13/09/2018
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Apprendre la physique
Négociation entre la rationalité de la physique et celle du sens commun
=> Repérage des obstacles à l’apprentissage par inférence :
Conceptions ; Raisonnements
=> Questionnements sur l’enseignement de la physique
=> Questionnements sur la physique et les contenus à enseigner
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Quels savoirs de référence ?
Prise en compte de multiples références possibles :
les savoirs en physique
le fonctionnement de la physique
les pratiques des chercheurs
les pratiques des ingénieurs, des techniciens
les pratiques quotidiennes
Etc.
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Place de l’épistémologie dans la formation des enseignants de physique
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Quelques éléments de réflexion
Professeur débutant : centré sur son propre apprentissage du métier mais pas encore sur l’apprentissage des élèves
Pas de réelles connaissances sur le fonctionnement de sa discipline
🡺 Formation universitaire devrait développer la maîtrise des savoirs à transmettre et des modes de transmission en jeu
Quelques éléments de réflexion
La nature des savoirs disciplinaires mériterait également d’être discutée.
S’agit-il seulement de maîtriser des connaissances permettant de résoudre des problèmes de physique ?
Ou bien les connaissances concernant la nature et la fonction de la science sont-elles à considérer ?
Des enseignements d’épistémologie et d’histoire des sciences nécessaires pour les amener eux aussi dans la position de comprendre les questions (et les réponses) auxquelles s’attache la physique.
Quelques éléments des débats épistémologiques
L'activité scientifique est-elle une activité de découverte ou d'invention ?
L’activité scientifique est-elle objective ?
Quelle peut-être la fonction de la science ?
Nous dévoiler la réalité ?
Nous expliquer le pourquoi des phénomènes ou bien décrire simplement le comment ?
Quelques éléments des débats épistémologiques
Etude des rapports entre théorie et faits d’observation : des options contradictoires
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Rapport dialectique entre Théorie et Réalité (Robardet et Guillaud, 1997)
Vision contemporaine de la démarche scientifique
Quelques résultats de recherche
Conceptions épistémologiques des enseignants de sciences pas vraiment en conformité avec l’épistémologie des sciences contemporaines.
De nombreux enseignants considèrent que les savoirs scientifiques sont des vérités induites à partir de l’expérience :
=> rôle de transmetteur de savoirs et de correcteur de réponses des élèves par rapport à la norme qu’ils détiennent
=> théories et modèles implicites dans le discours de l’enseignant = renforcement du caractère arbitraire de la physique ressenti par l’élève
Quelques résultats de recherche
La recherche en didactique de la physique peut servir de base à la formation puisqu’elle propose des outils qui permettent à l’enseignant d’amener l’élève à faire cette distinction, éclairant ainsi les enjeux de la physique.
C’est le cas notamment des méthodes d’enseignement basée sur le « problème de physique »
Cependant les liens éventuels entre épistémologie des enseignants et leurs pratiques de classe sont très discutés dans la littérature scientifique
Quelques exemples de modalités d'enseignement de la physique
Activités de résolution de problème
Activités expérimentales
Activités de modélisation
Enseignement des sciences fondé sur l’investigation
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Place du problème dans l’enseignement de la physique
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Introduction
Problème ou question ?
Trois niveaux sémantiques (Fabre, 99) :
Psychologie cognitive et résolution de problème
Épistémologie des sciences et place du problème
Panorama des recherches en résolution de problème
De la psychologie cognitive à la didactique de la physique
Référence de base en psychologie cognitive : travaux de Newell et Simon (1972)
Travaux de Newell et Simon
Problématique générale
Existe-t-il des stratégies générales de résolution de problème ?
ou bien
Seulement des stratégies spécifiques liées au contenu ?
Différence entre problème bien défini et problème mal défini
=> qu’est-ce qu’un problème ?
Recherches didactiques en résolution de problème
Différents axes de recherche
Finalités : évaluation et/ou apprentissage
Analyse des tâches proposées aux élèves
Place de l’ erreur
Les guidages
Stratégie-type : résolution exemplaire
Stratégie-type
Tirée du modèle épistémique de l’expert : Paradigme expert-novice
Tirée d’un modèle de l’apprentissage
Tirée d’une pratique de recherche scientifique
Problème de physique Généralités
Définition possible :
« Pour qu’il y ait problème, il doit y avoir une question qui a du sens et nécessite une réponse qui n’est pas connue, sinon il n’y aurait que rappel de connaissances. » (Dumas-Carré & Goffard, 97)
Distinguer :
Problème de physique
Deux fonctions essentielles pour les activités de résolution de problème en classe de physique :
Évaluation et Apprentissage
de savoirs conceptuels, de savoir-faire, de méthodes, etc
Proposition : apprentissage par construction de connaissances
problème ouvert : une alternative au problème classique
situation-problème : une alternative au cours
Enseigner la physique avec un problème-ouvert
Exemple :
Un dispositif reposant sur une comparaison possible
entre l’activité d’un chercheur (recherche scientifique)
et
l’activité d’un élève en situation de résolution de problème ouvert (recherche élève)
Enseigner la physique avec un problème-ouvert
Les principes de fonctionnement
Caractéristiques des tâches
Travail en commun
Communication
Conditions de mise en oeuvre
Rôles du professeur
Nécessité ou non de la recherche d’un consensus
Nécessité de langages intermédiaires
Enseigner la physique par situation-problème �Exemple (Robardet, 2001)
Niveau : secondaire
Objectif visé : tenter d’attaquer la conception « modèle circulatoire avec épuisement du courant » en montrant aux élèves que ce modèle n’est pas incompatible avec le transfert d’énergie électrique
2-2 Enseigner la physique par situation-problème
Exemple (Robardet, 2001)
Enseigner la physique par situation-problème
Caractéristiques essentielles
Objectif visé : dépassement d’un obstacle conceptuel
Organisation d’une situation concrète et formulation d’une ou de plusieurs questions par l’enseignant
Deux aspects essentiels : problématisation et résolution du problème
Autre exemple�Les états de l’eau en maternelle
Séance 2 : Lecture de l’album | Découvrir l’album
| La PE lit l’album et demande aux élèves ce qu’ils ont compris de l’histoire | Classe entière |
Séance 3 : Comment libérer le loup ? (Propositions) | Emettre des propositions pour libérer le loup sans lui faire mal | - Présentation d’un loup avec la queue glacée - Propositions des élèves - Dessins des propositions | Groupe de 5 ou 6 élèves |
Séance 4 : Comment libérer le loup ? (Investigations) | Vérifier les propositions | - La PE met à disposition du matériel et les élèves testent leurs propositions
- Bilan sur les propositions (celles qui ont permis ou pas de libérer le loup) | Groupe de 5 ou 6 élèves |
Objectif | Déroulement | Modalité d’enseignement |
Éléments de comparaison�Deux dispositifs possédant
Des caractéristiques communes :
Des différences :
Problème de physique : Conclusion
Trois visions différentes du problème à prendre en compte
Distinguer apprentissage et évaluation
Le problème de physique vu comme le moteur de la progression scientifique
Problème de physique : Conclusion
Deux types de dispositifs, parmi d’autres, participant à la construction du sens par les élèves
Une certaine rupture avec la coutume
La place du professeur et celle des élèves dans les situations de classe à revisiter
Conclusion - Discussion
Depuis les premiers travaux en didactique de la physique, nouvelles orientations :
Mais quid de la problématisation ?
Pendant qu’une personne maintient la bicyclette dans une position verticale en la tenant par la selle, vous tirez sur la cordelette attachée à la pédale en position basse.
Cette bicyclette peut rouler mais non glisser sur le sol.
D’après vous, la bicyclette va-t-elle commencer par :
Avancer ?
Reculer ?
Rester immobile ?
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Conclusion
JM Boilevin - ADIS - Bruxelles – 13/0918
Pédagogies du problème
Travaux de Fabre
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Enjeux apprentissage de la physique ?
Apprendre la physique
Apprendre de la physique
Apprendre sur la physique
Apprendre à faire de la physique
Mais comment enseigner la physique ?
Quels contenus spécifiques d’enseignement ?
Quelles modalités d'enseignement ?
Quelle est la finalité d’un tel enseignement ?
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Nécessité d’une formation à la fois didactique et épistémologique
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Merci de votre attention !�
jean-marie.boilevin@espe-bretagne.fr
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Eléments bibliographiques
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Abd-El-Khalick, F., & Lederman, N.-G. (2000). Improving science teachers’ conceptions of nature of science: a critical review of the literature. International Journal of Science Education, 7(22), 665-701.
Boilevin, J.-M. (2013). Rénovation de l’enseignement des sciences physiques et formation des enseignants. Regards didactiques. Bruxelles : De Boeck.
Boilevin, J.-M. (2017). La démarche d’investigation : simple effet de mode ou bien nouveau mode d’enseignement des sciences ? In M. Bächtold, V. Durand-Guerrier & V. Munier (Ed.), Epistémologie et didactique (pp. 195-220). Besançon : PUFC.
Calmettes, B. (2012). Démarches d’investigation : références, représentations, pratiques et formation. Paris : L’Harmattan.
Dumas-Carré, A., & Goffard, M. (1997). Rénover les activités de résolution de problèmes en physique. Concepts et démarches. Paris : Armand Colin.
Fabre, M. (1999). Situations-problèmes et savoirs scolaires. Paris : Presses Universitaires de France.
Johsua, S., & Dupin, J.-J. (1993). Introduction à la didactique des sciences et des mathématiques. Paris: Presses Universitaires de France.
Maurines, L. & Beaufils, D. (2012). Teaching the nature of science in physics courses : the contribution of classroom historical inquiries. Science and Education, 22(6), 1443-1465.
Marlot, C., & Morge, L. (2016). L’investigation scientifique et technologique. Rennes : PUR.
Morge, L., & Boilevin, J.-M. (2007). Séquences d’investigation en physique – chimie au collège et au lycée. Clermont-Ferrand : Scéren.
Newell, A., & Simon, H.-A. (1972). Human problem solving. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.
OCDE (2014), Guide TALIS 2013 à l’intention des enseignants : Enquête internationale sur l’enseignement etntissage, TALIS , Éditions OCDE. http://dx.doi.org/10.1787/9789264216143-fr
OCDE (2016), Cadre d’évaluation et d’analyse de l’enquête PISA 2015 : Compétences en sciences, en compréhension de l’écrit, en mathématiques et en matières financières, PISA, Éditions OCDE, Paris. http://dx.doi.org/10.178/9789264259478-fr
Robardet, G., & Guillaud, J.-C. (1997). Éléments de didactique des sciences physiques. Paris: Presses Universitaires de France.
Mot problème trop souvent confondu avec tâche
Proposer des problèmes en classe relève d’un travail didactique considérable (Johsua et Dupin) :
« L’existence du problème ne va pas de soi : c’est une construction externe à la classe ».
Nécessité d’une dévolution
Énoncé coutumier
Une locomotive de 100 tonnes se déplace sur une voie rectiligne et horizontale à la vitesse constante de 70 km/h. Sur la voie se trouve une voiture à l’arrêt.
Quelle doit être la force de freinage pour que la locomotive s’arrête en 25 s ?
Énoncé transformé en problème ouvert
Un train roule sur une voie. Sur celle-ci se trouve un obstacle. Le train rencontrera-t-il l’obstacle ?