Diaporama de l`atelier

Enseigner explicitement la mesure et la modélisation au
lycée : quelle faisabilité, quels avantages ?
Qui sommes-nous?
Groupe SESAMES (INRP/ ENS / Lyon2 )
Enseignants collège/lycée et chercheurs en didactique des sciences
Choix théoriques?
Se mettre à la place des élèves
Avoir conscience (et assumer) que les questions du professeur ne soient
pas celles que se poseraient spontanément les élèves
Percevoir l’arbitraire de la réponse
Prendre en compte les connaissances préalables et les difficultés
classiques des élèves.
Distinguer les connaissances de la physique et de la chimie des
connaissances du quotidien pour prendre conscience des
"connexions" à construire
Enseigner la physique et la chimie de façon moins déroutante, en
donnant des repères sur leurs objectifs et sur la façon dont elles
fonctionnent.
monde de la théorie et du modèle
Relations entre concepts
Relations entre concepts
et/ou événements/objets
La difficulté
essentielle
monde des objets et des événements
Relations entre événements et/ou objets
Enseigner explicitement la mesure et la
modélisation au lycée : quelle faisabilité, quels
avantages ?
But ?
Montrer l’intérêt et faisabilité d’enseigner la mesure, la
modélisation, le fonctionnement de la physique à des élèves de
secondes
Quel contexte?
Première partie de physique du programme de seconde
Déroulement:
Quelques mots clés
Un questionnaire sur la physique pour des profs et des élèves
Déroulement de la partie et exemples d’activités
Un outil: la carte conceptuelle
Sites:
site académique
http://www2.ac-lyon.fr/enseigne/physique/phychi2
site PEGASE
http://pegase.inrp.fr
Quelques mots clés…
Grandeur
Mesure
Unités
Physique
Quel sens un élève de 2nde peut-il donner à ces termes
?
Quelle définition en donneriez-vous ?
Progression
 Chap 1 Qu'est-ce que la physique ?
 Act 1 : Questionnaire et discussion sur les objectifs et les propriétés de la
physique.
 Act 2 : Comment la physique fonctionne-t-elle ? Un exemple historique (modèle de
la gravitation de Newton et d’Einstein). Modèles
 Act 3 : Grandeurs physiques (lien vers l’activité)
 Chap 2 Outils de description de l'univers et du système solaire
Act 1 : Répartition des planètes dans le système solaire.
Act 2 : Un outil pratique pour comparer : l'ordre de grandeur.
Act 3 : Réalisation d'une maquette du système solaire dans le couloir du lycée.
Act 4 : Vitesse de la lumière dans l'univers et application à la désignation des
distances.
 Activité 5 : L'année de lumière : une unité de distance.

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 Chap 3 La mesure
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
Act
Act
Act
Act
1
2
3
4
:
:
:
:
Interprétation de mesures de la masse d'une pomme, chiffres significatifs.
Mesurer avec des outils différents.
Une petite histoire du mètre…
Utilisation du "modèle de la mesure".
 Chap 4 Lien entre expérience et modèle
 Act 1 : Accord entre modèle et mesures (le pendule simple).
 Act 2 : Deux modèles historiques du système Terre-Soleil.
 Act 3 : Reconstitution à l'aide d'une maquette de la méthode d’Ératosthène.
Chapitre 1 – Act 3 Grandeurs physiques
Pour décrire et interpréter le monde matériel qui nous entoure,
les physiciens utilisent des grandeurs physiques.
Plus généralement, les sciences utilisent des grandeurs. Une
grandeur peut souvent être mesurée, estimée ou calculée
et peut être symbolisée par une lettre. Ce sont ces
grandeurs qui figurent généralement dans les "formules"
qu'on utilise, en physique ou dans d’autres disciplines.
Exemples de grandeurs physiques : la longueur, le temps, la
vitesse, le volume.
1.
Dans le texte de l’activité 2, souligner en rouge les grandeurs
physiques, en bleu les unités et entourer les valeurs (nombre +
unité).
2.
Parmi les termes ou expressions suivants, souligner ceux qui vous
semblent correspondre à une grandeur.
La couleur, la durée, l'odeur, l'état physique, la population d’un
lycée, le pH, la largeur, l'électricité, l'intensité électrique, le son,
l'intensité sonore, l’inflation, la capacité de stockage d'un disque
dur, le débit d'une connexion à Internet, l'aire d'une surface.
3.
Proposer au moins deux exemples de grandeurs physiques (ne
figurant ni dans la liste précédente ni dans les exemples du
début) et, pour chaque exemple :
le symbole que vous avez l'habitude d'utiliser pour noter cette grandeur
(pour la désigner par exemple dans des formules) ;
l’unité que vous avez l’habitude d’utiliser pour cette grandeur.
Chapitre 3 – Act 1 Mesure de la masse
d'une pomme
On place une pomme sur un pèse-personne digital.
Celui-ci affiche la valeur de 0,2 kg.
On place à présent cette même pomme sur une
balance de cuisine dont l’affichage est en gramme.
1. Compléter le schéma en indiquant la valeur
affichée par cette balance.
2. En réalité la valeur affichée par la balance est cent quatre vingt six grammes.
Cette valeur est différente de celle que vous avez indiquée en question 1.
Proposer une explication à cette différence.
3. Les écritures 0,2 et 0,200 sont-elles équivalentes
- pour un physicien ?
 oui
 non
- pour un mathématicien ? oui
 non
- dans la vie de tous les jours ? oui
 non
4. Le physicien dit que le pèse-personne donne la masse de la pomme avec 1
chiffre significatif et que la balance de cuisine indique cette même masse avec 3
chiffres significatifs.
5. Sur la balance de cuisine, on place maintenant une autre pomme, un tout petit
peu plus petite que la précédente. La valeur affichée est 170 g.
a. Combien de chiffres significatifs cette valeur comporte-elle ? Justifier la réponse.
b. Déduire des questions précédentes à quelle condition le chiffre 0, présent dans une valeur
indiquée par un physicien, est significatif.
c. Quelle valeur afficherait le pèse-personne pour cette deuxième pomme ?
Chapitre 4- Act 2: Deux modèles historiques
du système Terre – Soleil
Activité 2 : Deux modèles historiques du système Terre – Soleil
Observations :
Les Égyptiens avaient observé qu’à midi, une fois par an à une date donnée, à Syène
(ville égyptienne), un bâton planté verticalement ne possédait pas d'ombre. Par
contre, à Alexandrie, ville située plus au Nord, un bâton planté verticalement avait
bien une ombre.
Pour interpréter cette observation, on peut proposer deux modèles différents
reformulés à partir de réflexions de savants antiques :
Modèle 1 (inspiré d'Anaxagore, env. -500) :
La Terre est considérée comme étant plane.
Le Soleil est un astre qu’on peut représenter par un point.
Syène est peu étendue et peut être représentée par un point S. De même, la ville
d’Alexandrie peut être représentée par un point A. À midi, une fois dans l'année, le
point S est exactement sous le point représentant le Soleil, contrairement au point
A.
Modèle 2 (inspiré d'Ératosthène, env. -290) :
la Terre est considérée comme étant sphérique ;
le Soleil est à une très grande distance de la Terre, si bien que le faisceau de lumière qui
parvient sur Terre peut être décrit par un faisceau de rayons parallèles ;
Questions :
1. Confrontation entre les observations et les modèles proposés
1.
Les deux schémas précédents sont chacun associés à un des deux modèles
proposés. Indiquer sous chacun à quel modèle il est associé.
2.
Sachant que chaque schéma représente la situation à midi le jour où les
observations ci-dessus sont réalisées, indiquer sur chaque schéma les
emplacements des points S et A.
3.
Pourquoi peut-on dire que les deux segments représentant les bâtons sur
le schéma de droite sont verticaux ?
4.
Sur chaque schéma, tracer au moins un rayon lumineux qui permet
d'interpréter le fait que le bâton planté à Syène n'a pas d'ombre.
5.
Sur chaque schéma, pour le bâton planté à Alexandrie, tracer le rayon de
lumière arrivant sur Terre et passant par le sommet du bâton. Sur chaque
schéma, représenter en couleur "l’ombre" du bâton.
6.
Le modèle 1 est-il en accord avec l’observation faite à Syène ? à
Alexandrie ?
7.
Même question pour le modèle 2.
8.
Peut-on dire qu’un de ces deux modèles rend mieux compte des
observations que l’autre ?
9.
D’après vos connaissances personnelles, lequel de ces deux modèles est
aujourd’hui accepté par la communauté scientifique ?
10. D’après vos connaissances, décrire une observation en accord avec le
modèle choisi dans la question précédente et en désaccord avec l'autre
modèle.
Résultats élèves et profs au questionnaire sur
la nature et le fonctionnement de la physique
 Résultats sur 324 élèves (dont 204
élèves de 2nde et 69 élèves de
collège)
 Comparaison avec les 232 réponses
des enseignants
1. La physique a pour objectif de faire de nouvelles
découvertes sur le monde qui nous entoure.
Un large consensus
Comme chez les enseignants
2. La physique a pour objectif de faire de ce
monde un meilleur endroit pour vivre.
Une question qui divise…
les enseignants aussi…
3. La physique a pour objectif d'établir la vérité sur les
phénomènes qui nous entourent.
Une idée répandue chez les élèves…
Mais aussi chez les enseignants… ce qui pose le problème du statut de la vérité
4. Faire de la physique consiste à appliquer des formules
mathématiques pour trouver un résultat
Vers une image mathématique de la physique scolaire…
Enseignants : un fort décalage !!
5.Faire de la physique nécessite d'utiliser des théories,
des modèles, et des lois pour décrire et interpréter le
monde autour de nous
enseignants
6. Faire de la physique conduit à mettre au point
et réaliser des expériences qui nécessitent
souvent de faire des mesures.
Une affirmation forte du caractère expérimental de la physique…
revendiquée par les enseignants…
7. La physique est une science qui peut
remettre en cause ses propres théories
Une idée qui reste à construire chez peu d'élèves seulement…
et plus du tout chez les enseignants
8. On a besoin de définir la physique
pour l'apprendre et pour en faire.
Encore une question qui divise…
Même les enseignants
La carte conceptuelle: Un outil d’analyse
des démarche attenues de l’élève
Chapitre 4, activité 1
utilisation du modèle du pendule simple
A l'aide de ce modèle, prévoir la valeur
de la période d'un pendule pour lequel
la longueur du pendule est égale à
2,00 m.
Quelles sont toutes les opérations
mentales que doit mener un élève
pour répondre à la question ?
La carte conceptuelle: Un outil d’analyse des
démarche attenues de l’élève
Répondre à la question précédente demande d’effectuer le
parcourt suivant:
Valeur…
Grandeurs
physiques
Relation
algébrique
Choix
d'unités
calcul
CS
Cette chaine amorce une carte plus complète constituée de trois
grands pôles, compléter cette carte :
Expérience de labo
situation matérielle
Mesure(s)
(résultat de l'action de mesurer)
Énoncés
en français
Ordre de grandeur
Représentation
schématique
maquette
Représentation
graphique