Texte intégral

A. Khayati & al., RadismaNuméro 4, 15 décembre 2009,
http://www.radisma.infodocument.php?id=851
Modélisation de composants électriques par de futurs
professeurs de Sciences physique
Abderrahim Khayati
Ecole Normale Supérieure de Casa- Maroc [e-mail]
Ahmida Chikhaoui
Ecole Normale Supérieure de Fès- Maroc [e-mail]
Khalid Khattabi
Ecole Normale Supérieure de Fès- Maroc [e-mail]
Résumé: Pour analyser des circuits électriques (ou électroniques) il est commode de
modéliser le comportement de certains composants afin de faciliter l’étude et d’être
plus proche de la réalité physique. Il est donc nécessaire de maîtriser cette habileté qui
ne pourrait que conduire vers des prévisions plus sûres et compatibles avec les résultats
empiriques. Malheureusement, les participants à notre recherche (les futurs
professeurs de sciences physiques du premier cycle de l’enseignement secondaire),
dans leur majorité, n’y font pas recours et même si quelques uns le font ils n’arrivent
pas à l’investir correctement. Ils font souvent appel aux relations mathématiques pour
expliquer ou prévoir des phénomènes physiques. Face à une situation-problème, ils ne
raisonnent plus en tenant compte des propriétés physiques, ils ne font que résoudre,
avec succès dans la plupart des cas, des équations mathématiques mais sans ni
compréhension des phénomènes physiques, ni pouvoir donner une explication
compatible avec les résultats empiriques qui contredisaient leurs prévisions.
Mots clés :
Modélisation, résolution de problèmes, situation-problème,
électricité
Abstract: In order to analyse the electric circuits, it is convenient to model the
behaviour of certain components in order to facilitate the study and to be near to the
physical reality. Then, it is necessary to master this skill which can lead to previsions
more sure and compatible with the empirical results. Unfortunately, the participants to
our research (the future teachers of physics sciences in first cycle of secondary
education) in their majority don’t make appeal to the modelling, and even if someone
makes appeal, they are unable to invest it correctly. They often call upon to the
mathematical relations in order to explain or to envisage the physical phenomenon. In
front of a situation-problem, they don’t reason any more by holding account of the
physical properties, they only solve successfully in the majority of the cases, the
mathematical equations but without neither comprehension of the physical
phenomenon nor to be able to give an explanation compatible with the empirical
results which contradicted their previsions.
I. Introduction
Le système éducatif, voire la société moderne dans son ensemble, a besoin
d’enseignants, formés à un double contenu constitué des savoirs à enseigner et des
savoirs pour enseigner, compétents d’une part à la transmission d’informations,
d’autre part à aider leurs élèves à apprendre. Les établissements de formation des
enseignants seraient alors appelés à envisager une formation initiale, pour les
futurs enseignants, adéquate à ces fins. Ceci est d’autant plus pertinent pour notre
pays que la nouvelle réforme traduite par la Charte Nationale de l’enseignement et

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de formation insiste, dans l’article 134, sur l’importance d’une solide formation
initiale des enseignants avant la prise de fonction, et stipule que :
• les objectifs, les durées, les contenus et les régimes de formation sont
réaménagés constamment en fonction du contexte éducatif et des
résultats de l’évolution pédagogique ;
• la recherche pédagogique doit être renforcée dans tous les niveaux pour
qu’elle réponde aux impératifs d’amélioration de la qualité de
l’éducation et de la formation, quant aux objectifs, aux contenus et aux
moyens didactiques, à tous les niveaux.
Nous prenons, dans cet article, comme exemple de ces établissements de
formation les Centres Pédagogiques Régionaux dits « CPR », où nous étudions plus
particulièrement la modélisation par des futurs enseignants de sciences physiques
de composants électriques.
II. Problématique
Nombreuses sont les recherches en didactique de la physique, qui ont porté
sur le thème « électricité ». La plupart d’entre elles ont mis l’accent sur
l’exploration des conceptions des apprenants de différents âges. Notre travail s’en
distingue, il traite un volet peu abordé à savoir « le rôle de la modélisation du
comportement de composants électriques (ou électroniques) dans la résolution de
problèmes d’électricité ». Dans ce cadre, nous nous plaçons d’une part de coté de
Robardet et Guillaud (p. 123) qui soulignent qu'il faut « percevoir les sciences
physiques comme sciences de la modélisation (et non pas de la découverte de la
réalité) », d’autre part du côté de Kevin Carlton (1999) pour qui : enseigner
l'électricité à un élève consiste à le guider et à l'aider à développer des modèles
mentaux de plus en plus sophistiqués. Cette approche est, semble-t-il, plus
profitable que l'habileté à se souvenir de formules sans intérioriser les concepts.
La modélisation reste donc une activité fondamentale dans les sciences en
général, et particulièrement en physique. Elle met en relation deux mondes : le
monde des théories et modèles (modèles physiques et modèles numériques) et le
monde des choses (mesures, objets, évènements).
La modélisation est une activité à laquelle on a souvent recours lors de l’analyse
des circuits électriques (et/ou électroniques). Face à une situation problème, il est
commode de modéliser le comportement de certains composants afin de faciliter
l’étude et d’être plus proche de la réalité physique. Il parait donc nécessaire de
maîtriser ce savoir-faire qui ne peut que conduire à des prévisions sûres et
compatibles avec les résultats empiriques. De telle maîtrise concerne aussi bien les
apprenants que leurs enseignants. Vu l’enjeu, nous avons mené la présente
recherche auprès des futurs enseignants marocains de sciences physiques du
premier cycle de l’enseignement secondaire dans le but d’étudier leurs aptitudes
de :
• modéliser le comportement de composants électriques (ou
électroniques) ;
• reproduire cette modélisation (c’est-à-dire faire fonctionner ces
modèles) pour étudier correctement les circuits proposés.
Nous avons alors proposé quelques montages simples dont l’analyse fait
appel à la modélisation du comportement de certains composants. Ceci dans le but
de sensibiliser les futurs professeurs au rôle important que joue celle modélisation
lors de la résolution de problèmes d’électricité, d’une part, et d’étudier leur
aptitude à faire et reproduire cette modélisation pour étudier correctement les

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circuits qui leur seront proposés, d’autre part. Nous nous posons en particulier, à
ce propos, les questions suivantes :
• dans quelle mesure la modélisation du comportement physique de
composants électriques pourrait-elle aider à résoudre correctement un
problème d’électricité ?
• Les futurs professeurs sont-ils capables de modéliser correctement le
comportement physique de certains composants électriques lors de la
résolution de problèmes d’électricité ?
• Les futurs professeurs sont-ils capables de faire fonctionner un modèle
dans des situations diverses soit pour résoudre un problème, soit pour
interpréter un phénomène ?
III. Objectifs méthodologiques de recherche
A. La population visée - L’échantillon retenu
A.1. La population visée
Notre expérimentation s’est déroulée avec des futurs professeurs, de
sciences physiques du premier cycle de l’enseignement secondaire, inscrits au
cycle pédagogique des Centres Pédagogiques Régionaux (CPR) marocains.
A.2. L’échantillon retenu
La formation des enseignants de sciences physiques du premier cycle de
l’enseignement secondaire est assurée par quatre centres pédagogiques régionaux
(CPR). Au cours de l’année universitaire de la présente recherche, ces quatre CPR
comptaient 256 élèves-professeurs. Parmi ces derniers, nous avons retenu 103, ce
qui représente environ 40% de la population totale des formés au Maroc. Cet
échantillon retenu est diversifié de différents points de vue : sexe, âge, faculté
d’origine et niveau universitaire : ces élèves professeurs ont au moins un Certificat
des Etudes Universitaires Scientifiques CUES (bac+2) et au plus une licence.
B. Objectifs
Dans cette recherche, nous nous sommes fixé les trois principaux objectifs
suivants :
Premier objectif
Mettre en évidence le rôle de la modélisation du comportement des composants
électriques (ou électroniques) dans la résolution de problèmes d’électricité.
Deuxième objectif
Étudier la capacité des participants à cette recherche à modéliser le
comportement des composants qui leur seront proposés.
Troisième objectif
Étudier la capacité de ces participants à produire cette modélisation pour étudier
correctement les circuits proposés.
C. Procédure et moyens pour atteindre nos objectifs
Notre recherche consiste non seulement à explorer les conceptions qu’ont
ces futurs professeurs mais aussi à dégager leurs raisonnements lors de la
résolution d’un problème. Nous avons envisagé deux alors deux instruments de
collecte de données, à savoir, le questionnaire anonyme et les interviews avec
quelques-uns (des volontaires) de nos sujets d’étude.

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Deux types d’interviews ont été prévus : l’interview individuelle et
l’interview avec des binômes d’élèves-professeurs. Par ce deuxième type, nous
avons souhaité la confrontation des propres conceptions de l’un avec celles de
l’autre. Dans ce cas, notre rôle s’est limité à poser la question et d’animer la
discussion, qui se déroulait essentiellement entre les deux sujets, au cours de
laquelle chacun d’eux avançait son point de vue et essayait de convaincre l’autre.
Ces interviews étaient une occasion pour les sujets volontaires de s’exprimer
librement et expliciter leurs points de vue. Leurs réponses et déclarations
élucidaient nettement les raisonnements qu’ils font lors de l’analyse des circuits
électriques. Ceci a complété et enrichi les résultats du questionnaire dans la
mesure où il nous a permis de réduire au minimum la subjectivité, lors de
l’interprétation des résultats recueillis par le biais du questionnaire, et de donner
plus de validité à nos interprétations.
D. Outils d’analyse des résultats
Pour le questionnaire : avant de nous engager dans l’analyse des résultas,
nous avons commencé, tout d’abord, par le codage des réponses fournies. Pour le
codage des réponses aux questions ouvertes, nous l’avons effectué après avoir
dressé une liste des diverses réponses fournies pour chaque situation.
Pour les interviews : pour l’analyse des résultats des interviews, nous nous
sommes intéressé davantage aux justifications des réponses, avancées par nos
sujets, aux questions posées (que ces réponses soient justes ou fausses). Nous
avons aussi accordé une attention particulière aux concepts et termes utilisés, par
nos sujets, en répondant à chaque question. Pour faciliter cette analyse, nous nous
sommes servi d’une grille d’analyse dans laquelle nous avons regroupé tous les
résultats.
IV. Résultats et discussions
Comme nous l’avons déjà précité, nous souhaitons étudier la capacité des futurs
professeurs de sciences physiques de modéliser le comportement physique de
quelques composants électriques (ou électroniques). Les exemples choisis sont : la
modélisation du comportement de la diode idéale, celle du comportement du
condensateur en régime continu et enfin celle du comportement du générateur de
tension continue.
A. Modélisation du comportement de la diode idéale
Nous nous sommes contenté, ici, de la modélisation du comportement de la diode
idéale lorsqu’elle est passante. Nous avons alors proposé les situations suivantes où
la pile utilisée a une tension de 4,5V et les lampes L1, L2 et L3 sont identiques et
ayant une tension nominale de 3,8V :

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Sachant que la pile a une f. e. m de 6V et de résistance interne nulle, les trois
lampes sont identiques et ayant une tension nominale de 6V et la diode est idéale.
Mettez le signe (+) pour la lampe qui s'allume normalement, le signe (-) pour celle
qui s'allume faiblement et le signe (0) pour celle qui ne s'allume pas.
L1 L2 L3
Montage 1
Montage 2
Montage 3
Les résultats obtenus pour le montage 3 sont les suivants :
Effectifs Pour cent
Valide L1 normale, L2
normale
25 24,3
L1 normale, L2
faible
49 47,6
L1 normale, L2 ne
brille pas
5 4,9
L1 faible, L2
normale
3 2,9
L1 faible, L2 faible 6 5,8
L1 ne brille pas, L2
normale
1 1,0
L1 ne brille pas, L2
faible
1 1,0
L1 ne brille pas, L2
ne brille pas
2 1,9
Total 92 89,3
Manquante Pas de réponse 11 10,7
Total 103 100,0
Tableau 1
Uniquement 4,9% de participants ont estimé que la lampe L2 ne brillera pas tandis
que la majorité de sujets, 82,5% ((25+49+3+6+1+1)/103), considère que la lampe L2
brillera sans accorder la moindre attention à la présence de la diode idéale qui est,
dans la situation proposée, passante et se comporte donc comme un court-circuit.
De ce fait la lampe L2 est court-circuitée et par conséquent elle ne devrait pas
briller. Ce résultat pourrait traduire soit l’incapacité de nos sujets à modéliser le
comportement d’une diode idéale passante, soit, si nous les supposons capables
d’une telle modélisation, leur incapacité à faire appel à cette modélisation lors de
l’analyse d’un circuit électrique. Parmi les argumentations avancées, par certains
sujets, pour justifier que la lampe L2 brillera, nous présenterons les suivantes :