ENSEIGNER
lundi 25 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: 2nde- Exploration de l'espace, de l'atome aux galaxies
  -  _ (Anciens programmes)  -  Physique

Savoir: Qu'est-ce que la physique ?

Points de vue sur les modèles et la modélisation ; quelques repères

La deuxième partie de cette activité s’intéresse à la notion de modèle et à la représentation qu’en ont les élèves. Différents travaux de recherche ont déjà étudié cette question et certaines des formulations que nous avons proposées sont issues de ces travaux.

Un travail de DEA effectué dans notre équipe a en particulier montré que des élèves de début de seconde ont des avis relativement précis sur la signification d’un modèle en physique, ses fonctions, son évolution ou encore la façon dont il est accrédité par la communauté scientifique.

Ces résultats, ainsi que l’expérience d’enseignement dont dispose le groupe sesames autour d’un enseignement basé sur l’activité de modélisation, nous invitent à formuler l’hypothèse suivante : le professeur a tout intérêt à définir et/ou caractériser le plus tôt possible dans l’année la notion de modèle en physique et l’activité de modélisation. Cette caractérisation se fera petit à petit et prendra du sens au cours de l’année, au fur et à mesure de l’utilisation de modèles. Donner des outils sur le fonctionnement de la physique, en particulier du point de vue de la modélisation, peut permettre à l’élève de mieux prendre conscience de ce qu’on attend de lui en physique et l’aider à prendre conscience de ses propres apprentissages.


Proposer quelques définitions possibles du modèle en physique permet d’amorcer un débat avec les élèves. Même si on devra donner des repères clairs aux élèves à ce sujet à l’issu de l’activité 2, il est important de bien les rassurer en ne théorisant pas trop le débat et en leur indiquant que l’idée qu’ils vont se faire d’un modèle en physique va s’enrichir tout au long de l’année de seconde ou du lycée.

Réponses du même échantillon (N=188) à la question 2 (Indiquez dans les cases correspondantes, par ordre de préférence, les 3 définitions avec lesquelles vous êtes le plus d'accord (1 pour la meilleure proposition, etc.)).

Pour vous, un modèle en physique, c'est :



Position 1Position 2Position 3jamais citénotre point de vue
Un élément d'une théorie utilisé en science4 %9 %17 %70 %1
Une situation idéale de référence11 %16 %18 %55 %
Une façon de décrire quelque chose de réel à l'aide d'éléments théoriques48 %22 %15 %15 %2
Une simplification du réel17 %23 %28 %32 %3
Une représentation du réel à l'aide de schémas et de formules19 %30 %21 %30 %

Si on laisse de côté les sens et usages courants du termes modèle (objet de référence, figure à reproduire, top-modèle…), afin de tenter de définir un modèle dans l’enseignement de la physique, nous devons partir de quelques repères épistémologiques. Si l’on accepte que la physique peut être vue comme un ensemble de connaissances visant à décrire, interpréter et prévoir le comportement des objets inanimés, alors il convient de distinguer deux « pôles » dans l’activité du physicien, que ce soit au laboratoire ou à l’école : d’un côté un champ empirique, ensemble des objets et situations matérielles susceptibles d’être étudiés, de l’autre des structures théoriques, faisant souvent appel à l’abstraction et au formalisme mathématique.

On peut, pour approfondir ceci, citer le Trésor, dictionnaire des sciences :

« Employé abondamment dans les sciences et les techniques contemporaines, le terme « modèle » recouvre des usages si variés qu’il apparaît vide de sens. Et pourtant il demeure un intermédiaire indispensable à beaucoup : le modèle s’interpose entre les phénomènes et l’interprétation que la science en donne » (page 599).
Ou encore, dit de façon plus ardue mais plus précise selon l’épistémologue Suzanne Bachelard :
"Le modèle, dans son acceptation la plus abstraite, fonctionne d’une manière ostensive et le modèle, dans son acceptation la plus concrète de modèle visualisable, laisse transparaître la dominante théorique. […] nous avons insisté sur le caractère abstrait-concret de la fonction de modélisation en nous référant aux deux bords extrêmes du spectre du concept de modèle, […] en suggérant qu’il y a dans toute espèce de modèle, une bipolarité du théorique et de l’ostensif." Bachelard (1979) p.8.

On peut résumer ceci par le schéma suivant :

Si le modèle permet de décrire et d’interpréter le monde matériel à l’aide d’éléments théoriques, il ne peut pas décrire toutes les propriétés du réel. Citons Bachelard :

"Il représente non pas les propriétés du réel, mais seulement certaines propriétés. Il a une fonction sélective des données de l'expérience ; il sépare le pertinent du non-pertinent par rapport à la problématique considérée. Il est un instrument d'intelligibilité d'un réel dont la complexité des propriétés ne permet pas l'entière compréhension par la science : disons de façon plus explicite qu'en physique par exemple, la modélisation, par la sélection des données, par la considération exclusive de certains paramètres, par la précision d'hypothèses simplificatrices, permet la mise en œuvre de la mathématisation." (Bachelard, S. ,1979 p.9).

 

Modèle ou théorie ?

Nous ne souhaitons pas entrer de façon détaillée dans ce débat épistémologique complexe.

« Du fait de son caractère hypothétique et partiel, le modèle n’a pas de prétention à l’exclusivité ; à la différence de la théorie, il admet de coexister avec d’autres modèles concurrents. Cette multiplicité de modèles concomitants peut même être féconde » (Le Trésor). On peut même ajouter que les modèles ne sont pas forcément concurrents mais peuvent être complémentaires (pensons à l’interprétation de la situation pile-ampoule soit par le modèle de l’électrocinétique, soit par un modèle énergétique).

Le modèle découle d’une théorie (ce qui justifie que nous préférons la première proposition du questionnaire ci-dessus), et son élaboration se fait en fonction de la situation à étudier et de la question posée.

Le professeur pourra garder à l’esprit la proposition suivante qui permet de distinguer modèle et théorie, distinction relativement classique dans la littérature épistémologique et qui aura son importance pour la pratique enseignante :

- la théorie a une valeur explicative d'observations très diverses les unes des autres, explication validée par les faits ; c’est le cas de la théorie de la mécanique newtonienne

- le modèle a une valeur descriptive et interprétative pour un ensemble donné de situations, en nombre plus restreint que celles expliquées par une théorie. C'est un outil pour représenter et faire fonctionner la ou les théories auxquelles il est lié. En ce sens il constitue la composante "opératoire" de la théorie. C’est le cas par exemple du modèle de la chute libre. Un modèle est exprimé par des représentations symboliques variées

 

Le fait est que dans l'enseignement secondaire, une théorie dans son ensemble n’est quasiment jamais objet d’enseignement. Les élèves doivent être capable de traiter un certain nombre de situations de référence qui induisent finalement le ou les modèles qui vont devoir être maîtrisés. On ne demandera pas à l’élève de maîtriser l’ensemble de la mécanique newtonienne mais d’être capable d’utiliser convenablement telle ou telle loi de Newton ou encore le modèle de la chute libre ; de même, la théorie cinétique des gaz n’est pas objet d’enseignement au lycée alors que le modèle du gaz parfait est au programme de la classe de 2nde. Il est donc logique de parler dans l’enseignement secondaire de modèles plutôt que de théories.

Cependant, le mot "théorie" est peut-être mieux connu des élèves que le mot modèle et peut constituer une ressource utile pour caractériser ce qu'on appelle modèle.

Finalement, pour les élèves, ces subtiles différences entre modèles et théories n'existent pas puisqu’ils n’ont pas connaissance de l’existence d’une théorie dans son ensemble dont découlerait le modèle et il est de notre point de vue inutile de faire de cette distinction un objet d’apprentissage au lycée.

 

Finalement, nous convenons de simplifier le schéma précédent avec le schéma suivant, qui peut être fourni aux élèves :

Même si nous ne faisons pas un objet d’apprentissage la différence entre théorie et modèle, nous pouvons expliciter une différence similaire mais transposée au niveau de l’enseignement secondaire entre modèle et éléments de modélisation. Cela est en particulier souvent nécessaire en classe Terminale. Raisonnons sur un exemple :

- La 2e loi de Newton, en tant que partie de la théorie de la mécanique newtonienne, a une valeur explicative (en ce sens elle est d'ordre théorique) et il est pourtant naturel, dans l'enseignement, de parler du modèle des lois de la mécanique (dont la 2e loi de Newton). Ce modèle aura une cohérence d'ensemble, donnera probablement d'autres informations que la 2e loi de Newton elle-même.

- Par contre, lorsqu'on doit étudier des chutes verticales dans un fluide, on ne fait pas appel à un autre mécanisme explicatif que la 2e loi de Newton : pas de loi nouvelle mais de nouveaux éléments de modélisation tels l'expression du poids, de la poussée d'Archimède ou de la force de frottements dans un fluide. Pour accéder à une explication de la poussée d'Archimède il faudrait faire appel à la théorie microscopique des fluides, à la pression, à la pesanteur…

S’il en ressent le besoin, selon le niveau des élèves et la classe, l’enseignant pourra garder à l’esprit cette distinction entre modèles et éléments de modélisation.

 

 

Le point de vue épistémologique adopté par SESAMES est de considérer que faire de la physique et de la chimie consiste essentiellement en la mise en relation d'objets et d'événement avec des modèles ou des éléments de modélisation (les « modèles » pour l’élève). Nous devons donc, dans les séquences d’enseignement proposées, provoquer et faciliter les passages d'un monde à l'autre, constructeurs de sens : le monde des objets et événements réfère au monde matériel inanimé, et celui des théories et modèles réfère aux aspects théoriques et aux modèles des situations matérielles étudiées.

A la fin de l’activité 2, on peut fournir le schéma ci-dessus ainsi que les quelques énoncés mentionnés un peu plus loin (cf. fin d’activité 2).

La progression que nous proposons respecte tous les contenus au programme en prenant en compte les hypothèses adoptées par le groupe sesames au sujet de l'enseignement de la physique . Adopter cette séquence d’enseignement n'exclut évidemment pas l'utilisation d'autres documents, en particulier ceux des manuels scolaires mais nous proposons une progression qui suffit largement pour cette partie.
Certains contenus du programme ne figurent pas dans la progression que nous proposons et seront abordés dans une autre partie de l’enseignement (cas des objets du niveau microscopique par exemple). A l'inverse, certains contenus figurant au BO dans des parties ultérieures sont abordés ici (cas de la mesure d'une durée par exemple).
Rappel de l’horaire conseillé par le BO pour l’ensemble de la partie (volet 2 message de la lumière compris) : 5 TP, 10 h classe entière. C’est quasiment l’horaire que nous préconisons pour traiter la présence progression, ce qui signifie, puisqu’il reste à traiter le 2e volet, que nous allongeons d’environ 2 semaines, qui peuvent être prises sur l’enseignement thématique (6 semaines).

La première partie est amorcée (début de l'activité 1) par quelques questions au sujet de la physique, de sa nature et de son fonctionnement.
Nous proposons ainsi de répondre en ligne à deux questionnaires :
- l'un destiné aux enseignants ;
- l'autre destiné aux élèves.

Pour en savoir plus sur le mode de fonctionnement conseillé pour l'utilisation de ces activités, cliquer ici

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