L’expérience dans l’enseignement des sciences physiques

DOMAINE : « SCIENCES DE L’EDUCATION »
MENTION : « Formation des Ressources Humaines de l’Education »
SPECIALITE : Physique – Chimie
PARCOURS : Formation de Professeur Spécialisé en Physique Chimie

L’expérience dans l’enseignement des sciences physiques

Rôles de l’expérience en sciences physiques

L’expérience joue un rôle très important dans l’enseignement/apprentissage des sciences physiques car elles sont avant tout des sciences expérimentales. En effet, toute connaissance dérive de l’expérience car, selon Einstein la connaissance s’acquiert par l’expérience, tout le reste n’est que de l’information . L’enseignement des sciences physiques exige l’utilisation des matériels didactiques d’expérimentation autres que les livres et les outils à écrire. Tocatlidous (2003) a remarqué que « le matériel didactique ou d’apprentissage est le champ de confirmation et de matérialisation de toutes les hypothèses théoriques » . Beaucoup d’auteurs essaient de déterminer les rôles des expériences dans l’enseignement. Avant l’enseignement, les apprenants ont leurs propres représentations et leurs propres idées à propos d’une nouvelle notion (la représentation personnelle). NEAU (2003), remarqua que l’expérience permet de montrer la non cohérence entre la représentation personnelle et la représentation scientifique, les élèves connaissent les limites de leurs représentations . Nous distinguons deux formes d’expérience, selon leur objectif et les manières de les réaliser (pendant le cours ou dans une autre séance).

– Expérience de cours ou TP-cours
– Travaux Pratique TP

Les rôles des élèves et les enseignants varient selon la forme d’expérience à faire.

Les TP-cours

Un TP-cours est une séance d’enseignement basée sur une démonstration expérimentale. L’enseignant occupe la majorité des tâches, pour gagner plus de temps. Les élèves font des manipulations et l’enseignant guide les élèves car selon Dewey (1990), l’enseignement est pratiquement nul si l’élève ne réalise aucune manipulation pour vérifier si ses hypothèses sont vraies ou fausses . L’expérience est considérée comme vérification et démonstration de la théorie développée. La démonstration attire l’attention des élèves, éveille leur curiosité et montre à eux que la théorie et l’expérience sont inséparables (Abragam, 1986) . Pendant le TP-cours, l’approche expérimentale ne suppose pas que l’apprenant s’active sans cesse mais l’important c’est l’interpellation et les questions.

Travaux Pratiques

Les travaux pratiques diffèrent du TP-cours en ce sens que les élèves ont beaucoup de temps pour réaliser l’expérience. Nous proposons aux élèves un protocole à suivre et ils font eux-mêmes des manipulations pour obtenir les objectifs proposés par le protocole. Généralement, ils travaillent en binôme et cela crée un conflit cognitif entre eux. Les élèves émettent des hypothèses et vérifient si leur proposition est vraie en choisissant une démarche scientifique et une mode d’investigation bien adaptée.

Réalisation de l’expérience en classe

La réalisation de l’expérience suit une démarche et une mode d’investigation. La construction du savoir scientifique nécessite la présence de deux démarches : la démarche expérimentale et la mode d’investigation.

Démarches expérimentales

La démarche expérimentale est une méthode scientifique qui consiste à valider un modèle ou une théorie par des mesures et des expériences ou des observations. De plus, elle exige au moins un problème, une ou des hypothèses déduites dans ce problème. Nous utilisons des montages spécifiques pour tester les hypothèses, cela débouche sur un savoir d’ordre général. (Vecchi, 2006) . En outre, la démarche expérimentale amène les élèves à concrétiser les notions abstraites. Ratziu (1988), disait que « la démarche expérimentale occupe une partie importante du cours. Lors de chaque leçon de sciences, nous sommes obligés de recourir à l’expérimentation pour faciliter à nos élèves la compréhension de notions abstraites » . La démarche expérimentale suit des étapes bien déterminées. Nous distinguons trois types de démarche : démarche inductive, démarche déductive et démarche hypothético déductive.

Démarche inductive
La démarche inductive est utilisée pour construire un concept ou une théorie. Selon l’inductiviste, l’observation est la base des sciences. Elle consiste à réfléchir sur les réels pour en tirer, par induction, les lois qui le régissent. Tout commence par la constatation des faits, en utilisant le raisonnement pour les analyser. Plusieurs observations vérifient une hypothèse et deviennent une loi universelle. La généralisation des énoncés suit les trois conditions suivantes :
➢ Le nombre d’observation doit être suffisamment grand
➢ La réalisation des observations doit être sous différentes conditions.
➢ La loi universelle n’est pas contredite avec d’autres observations.
La méthode inductive ou l’inductivisme est une méthode scientifique qui obtient des conclusions générales à partir de prémisses individuelles.

Démarche déductive
La démarche déductive est contrairement à la démarche inductive. Elle est basée sur les hypothèses pour vérifier les prémisses individuelles. Nous pouvons prédire et expliquer certains phénomènes et certain fait à partir des démarches déductives. Elle est considérée comme un moyen pour la démonstration, les propositions sont considérées comme données pour initier la démonstration. Elle part du général pour arriver au particulier c’est-à-dire que le particulier déduit au cas général. La déduction part d’un savoir déjà existant à chercher les réponses aux questions pour susciter du fait les lois qui régissent. Elle est un mode de raisonnement qui se caractérise par la nécessité d’une conclusion, elle va de principe à leur conséquence et leur prédiction.

Démarches hypothético-déductives

Dans son ouvrage intitulé sur « l’Introduction à l’étude de la médecine expérimentale » en 1865, Claude Bernard présentait la démarche hypothético-déductive. C’est un modèle classique des sciences, c’est-à-dire une méthode scientifique qui consiste à formuler une hypothèse afin d’avoir une prédiction, mais également à faire la rétrodiction, permettant d’en déterminer la validité. Claude Bernard essaie de théoriser la démarche expérimentale. Selon lui, la démarche d’élaboration d’une connaissance commence par une observation, certaines observations résultent un ou plusieurs hypothèses et à l’aide des expériences qu’on veut confirmer ou infirmer une hypothèse.

André Giordan propose le sigle OHERIC pour rassembler les étapes à suivre de l’observation jusqu’à la conclusion. Il est basé sur les travaux de Claude Bernard pour élaborer ce sigle :

Observation : c’est un fait réel ou un phénomène étonnant.
Hypothèse : l’hypothèse est une réponse anticipée
Expérience : c’est un processus pour tester les hypothèses.
Résultat : nous avons des résultats âpres les tests.
Interprétation : c’est la confrontation des résultats obtenus.
Conclusion : la confortation des résultats arrive à une conclusion.

Un siècle plus tard, en 2003 Cariou propose un outil DiPHTeRIC dans sa thèse de doctorat intitulée sur la formation de l’esprit scientifique en privilégiant l’initiative des élèves dans une démarche s’appuyant sur l’épistémologie et l’histoire des sciences. Cet outil a été élaboré en basant sur l’épistémologie et l’histoire des sciences pour compléter l’analyse des anomalies du schéma OHERIC vis-à-vis de leur démarche. Il met des critiques à propos des étapes manquantes comme le problème mais selon Popper (1963), la science est commencée par le problème c’est-à-dire que la science n’est pas née s’il n’y a pas de problème. Selon Cariou (2009), le but de cet outil est d’engager les élèves à résoudre les problèmes par leurs propres forces intellectuelles, les rôles de l’enseignant sont assistés, indiqués les moyens, les limites. Il fournit une précision si nécessaire, mais ne les entraîne pas à sa suite. L’importance de l’utilisation de cet outil pourrait donc se résumer à des questions Où vas-tu ? Cette question incite l’élève à préciser où ils veulent aller et pourquoi. L’outil DiPHTeRIC guide les élèves pour trouver leur cheminement, (Cariou, 2009). Le sigle DiPHTeRIC diffère l’OHERIC au point de vue de déclenchement de la démarche. Pour l’initialiser, nous parlons du Donnée Initiale, l’observation est englobée dans ce terme. Pour passer d’une étape à une autre, l’élève tente de répondre à ces petites questions et cela développe l’attitude scientifique chez eux.

L’explication des faits amène à proposer des solutions anticipées ou des arguments pour illustrer les phénomènes, ce sont les hypothèses. La vérification ou la validation des hypothèses appelle la mise en œuvre du protocole expérimental. La réalisation du protocole obtient des résultats à analyser et à constater. Une hypothèse est validée si elle est conforme au résultat de l’expérience, sinon elle est rejetée. La synthèse des hypothèses validées et non validées acquiert une nouvelle théorie ou une nouvelle loi.

Mode d’investigation

Familiarisation pratique ou mode d’expérience-action

Ce mode permet aux élèves d’avoir une attitude scientifique, de savoir manipuler et d’utiliser des instruments pour faire une expérience. Il permet aussi de familiariser ou d’habituer les élèves face à l’expérience. Chaque matériel possède des techniques d’investigation et des guides d’utilisation, la classe est conviée à explorer les instruments pour avoir un raisonnement et aboutir à un savoir .

Investigation empirique ou mode d’expérience-objet

Le mode d’élaboration théorique relève de la démarche scientifique. Les élèves peuvent tester, contredire, argumenter face à une théorie ou une loi. Les expériences visent dans ce cas à débattre des formes de raisonnement employées, à comparer des procédures, à s’assurer de la validité des conclusions. Face à un réel, les élèves confrontent de ce qu’ils sentent, ce qu’ils voient avec les lois et les théories existants. La confortation les aide à problématiser et à émettre des hypothèses . Ce mode a pour objectif de créé l’esprit scientifique chez les apprenants. Si les élèves ont des raisonnements scientifiques, ils approchent la résistance du réel et faire apparaitre les limites de ces théories. Ils utilisent des instruments avec procédures pour vérifier ou chercher les limites d’une loi. L’enseignant pris en charge le guidage pour inciter la réflexion des élèves sur la démarche adoptée.

Elaboration théorique ou mode d’expérience-outil
La construction du savoir scientifique a besoin du mode d’élaboration théorique. Les élèves construisent lui-même un modèle, un concept. Ce mode appelle la maitrise des deux autres modes (familiarisation pratique et investigation empirique). La résolution des problèmes nécessite de savoir manipuler les instruments ou les matériels d’expérimentations. Il n’y a plus de théorie à vérifier mais nous le construisons à partir d’une expérience. Les concepts et les référents empiriques sont indispensables pour élaborer un modèle.

Evaluation des connaissances des élèves 

Définition

Le mot évaluation apparait depuis longtemps, étymologiquement, il est composé du latin « e » (préposition) signifiant « hors de » et du substantif valuatio, dérivé du verbe «Valère » rassemble à une valeur. Evaluer consiste à donner une valeur et selon Michel Vial (2013), « l’évaluation est le rapport que l’on entretient avec la valeur ». Nous entendons toujours le mot évaluation dans différents domaines comme enseignement, société, administration… « L’évaluation est un acte très fréquent dans notre quotidien et permet d’attribuer une valeur à un objet, un événement » Raybaud-Patin (2011). La définition de l’évaluation dépend du domaine considéré, le groupe de personne, l’endroit et le moment où l’on fait l’évaluation. Nous sommes dans le domaine d’enseignement apprentissage et nous n’intéressons que l’évaluation scolaire. Nous tentons de définir l’évaluation scolaire selon les auteurs (experts). Pour LANDSHEERE, évaluation c’est l’estimation par une note d’une modalité ou d’un critère considéré dans un comportement ou un produit. L’évaluation est considérée comme une appréciation par des notes après avoir constaté l’attitude et le comportement des élèves. Perrenoud (1989) disait que, dans le monde scolaire, lorsqu’on dit ˝ évaluation˝, on pense d’abord à l’appréciation de l’excellence scolaire des élèves dans les diverses disciplines enseignées, éventuellement à l’évaluation de la conduite et du travail. N’oublions pas cependant qu’on évalue aussi les enseignants, les établissements, les programmes, les réformes, le système scolaire dans son ensemble. Certaines de ces évaluations se fondent sur une appréciation préalable des acquis des élèves : sur cette base, on juge souvent de la qualité d’un enseignant, d’une école ou d’un curriculum. Selon lui, l’évaluation ne concerne pas uniquement les apprenants mais a tous les personnels dans le champ pédagogique.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : PARTIE THEORIQUE
Chapitre I : L’expérience dans l’enseignement des sciences physiques
I- Rôles de l’expérience en sciences physiques
1- Les TP-cours
2- Travaux Pratiques
II- Réalisation de l’expérience en classe
1- Démarches expérimentales
a- Démarche inductive
b- Démarche déductive
c- Démarches hypothético-déductives
2- Mode d’investigation
a- Familiarisation pratique ou mode d’expérience-action
b- Investigation empirique ou mode d’expérience-objet
c- Elaboration théorique ou mode d’expérience-outil
Chapitre II : Evaluation des connaissances des élèves
I- Définition
II- Rôles de l’évaluation
III- Type et objectifs de l’évaluation scolaire
1- Evaluation diagnostique
2- Evaluation formative
3- Evaluation sommative
IV- Taxonomie de Bloom
V- Comment évaluer
1- Note et évaluation scolaire
2- Forme d’évaluation
PARTIE II : APPLICATION DE CES THEORIES ET L’ANALYSE DES SEQUENCES D’ENSEIGNEMENT
Chapitre I : Etude des phénomènes électromagnétiques
I- Force de Lorentz
II- Loi de Laplace
1- Présentation du rail de Laplace
2- Enoncé de la loi
III- Détermination de l’expression de la force de Laplace à partir de la force de Lorentz
Chapitre II : Méthodologie et population cible
I- Méthodologie de recherche
II- Description de l’établissement
Chapitre III : Déroulement de l’enseignement
I- Approche sans expérience
1- Description de l’approche
2- Fiches pédagogiques
5- Remarques sur l’enseignement sans expérience
II- Approche avec expérience
1- Description de l’approche
2- Fiches pédagogiques
3- Remarques sur l’enseignement avec expérience
Chapitre IV : Analyse quantitative des résultats d’enseignement apprentissage
I- Evaluation
II- Résultat de l’expérimentation
III- Interprétation des graphes obtenus
CONCLUSION
REFERENCES

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