Des T.P. pourquoi - Site académique de sciences physiques et ...

-I-
DES TP : POURQUOI ? Quel est le rôle des activités expérimentales des élèves dans leurs
apprentissages en Sciences physiques et chimiques ? Cette formulation
recouvre en fait deux questions :
Quelle est la place des séances de travaux pratiques dans
l'enseignement de ce champ disciplinaire ? La réponse à cette question est
facile car il suffit de regarder la part de l'horaire affecté à ce type
d'enseignement : le temps passé au laboratoire peut aller jusqu'à environ
50% de l'horaire (notamment dans les filières de lycées encore appelées
actuellement technologiques) et de considérer la place de l'évaluation des
savoir-faire expérimentaux dans les examens, qui, de très faible, voire
inexistante il y a quelques années, ne cesse de prendre de l'importance.
Quel est notre perception de la pratique expérimentale ? La
réponse à cette question est autrement plus délicate car elle conduit
souvent à remettre en cause les pratiques pédagogiques usuelles. En
particulier, s'il est nécessaire que les élèves manipulent pendant les
séances de travaux pratiques de Sciences physiques et chimiques, cette
condition est loin d'être suffisante pour être assuré de l'efficacité du
travail effectué au laboratoire.
Physique et Chimie : deux exemples d'activités intellectuelles. Physique et Chimie sont des constructions de l'esprit qui aboutissent
aux concepts et aux lois que tout professeur connaît. Si les principes ne
sont pas associés aux activités intellectuelles qui les ont produits ou qui
les mettent en oeuvre, ces principes ne sont que des énoncés c'est à dire
des traces écrites sur une page ou des phrases prononcées.
On entend souvent dire que les élèves ont appris mais qu'ils ne
savent pas appliquer. Ils ont en effet entendu ou lu des énoncés, mais
n'ayant pas eu l'occasion de les construire par eux-mêmes, ils n'ont pas su
se les approprier et les énoncés généraux restent comme extérieurs à leur
pensée. Or, le plus important est, non pas l'énoncé des contenus, mais la
pensée qui les sous-tend. Si on considère que la Physique et la Chimie sont des activités
intellectuelles, alors, la formation à ces activités intellectuelles doit
être au centre de leur enseignement. Il ne faut pas enseigner les résultats
des sciences comme des données à croire mais comme des résultats produits
par des méthodes.
"Rien ne va de soi. Rien n'est donné. Tout est construit."
(Gaston Bachelard)
(philosophe français 1884-1962)
Compétences visées par l'enseignement de la Physique et de la Chimie. Les programmes officiels classent les compétences visées par
l'enseignement de la Physique et/ou de la Chimie en trois catégories : (Cf.
B.O.E.N numéro spécial 3 du 09/07/87) ce qui conduit à identifier trois
types d'objectifs :
- des objectifs de connaissance : ils sont fixés par les
programmes officiels ; ce sont des lois et des concepts scientifiques, des
définitions, des unités, des modèles, des ordres de grandeur, des exemples
d'application....
- des objectifs de méthodologie théorique (encore appelés
savoir-faire théoriques) : ce sont des compétences concernant l'utilisation
raisonnée des lois et formules, des exploitations de courbes, des méthodes
de raisonnement...
- des objectifs de méthodologie expérimentale (encore appelés
savoir-faire expérimentaux ou compétences expériementales) : ils sont liés
à l'élaboration d'un protocole expérimental et à sa mise en oeuvre dans la
réalisation du montage ; ils sont liés aux mesures, à leur traduction
graphique et à leur exploitation. Ces compétences doivent être acquises
durant les séances de travaux pratiques. ? Les savoir-faire expérimentaux ne peuvent être acquis par les élèves
que si ceux-ci ont manipulé durant des séances de travaux pratiques.
La Physique et la Chimie mettent en jeu de nombreux savoir-faire
généraux liés à l'apprentissage des divers langages de représentation : a) la langue française parlée et écrite, dans sa dimension
communication :
- pour savoir formuler une idée : identifier ce que
l'on fait varier et ce que l'on étudie, identifier le
type de relation entre deux grandeurs.
b) l'outil mathématique :
- pour traduire en un langage universel ce qui est dit en
français afin de représenter globalement l'évolution
d'un phénomène dans le but de le modéliser (modes de
représentation essentiellement algébriques et
graphiques) : même utilisé avec modération, l'outil
mathématique reste indispensable à toute possibilité de
modélisation
c) le langage schématique :
- pour symboliser les grandeurs et les appareils servant à
les mesurer en respectant les règles d'écriture
relatives aux divers types de schémas. ? Tous les apprentissages relatifs à ces savoir-faire généraux
sont mis en jeu au cours d'une séance de travaux pratiques. "Ce sont les mots qui conservent les idées et qui les transmettent."
(Antoine Laurent de Lavoisier )
(chimiste français 1743-1794)
La démarche scientifique en Physique et en Chimie.
L'analyse de la démarche scientifique montre en réalité une double
démarche de la pensée : - la première consiste à passer d'un système réel à un modèle
de représentation : cette phase permet d'acquérir des savoirs et de les
structurer en modèles en partant de situations concrètes.
- la seconde consiste à utiliser le modèle pour prévoir le
comportement du système lorsque celui-ci est soumis à des contraintes
connues : cette phase intervient lors de l'utilisation du système et permet
d'en contrôler les performances par comparaison à une norme idéalisée. Cette analyse permet de définir les lignes de force de la démarche
pédagogique préconisée pour l'enseignement de la Physique et de la Chimie,
et cela, quel que soit le niveau envisagé. Même si dans la plupart des
classes, on reste à un niveau modeste, puisque le plus souvent on se borne
à étudier le cas d'une situation voisine d'une situation connue, on peut
néanmoins pratiquer une démarche scientifique chaque fois que l'on donne à
l'élève l'occasion de mener les activités suivantes :
- observer et analyser : l'observation permet de dégager des
paramètres, l'analyse consiste à trier ces paramètres
- choisir, en les justifiant, un protocole opératoire, une
méthode de mesure
- modéliser un élément ou un système à partir de données
théoriques ou expérimentales
- exploiter des renseignements recueillis ou fournis, par
exemple, interpréter ou prévoir la forme des signaux en un point ou à un
instant donné dans un montage électrique, interpréter ou prévoir une
réaction chimique.
- porter un jugement critique :
- sur un résultat : l'ordre de grandeur est-il plausible
ou aberrant ? le nombre de chiffres significatifs est-il correct (c'est à
dire compatible avec la précision des mesures et des données) ?
- sur une série de mesures : les mesures ont-elles été
effectuées avec la meilleure précision possible ? conduisent-elles à une
conclusion satisfaisante ?
- sur un appareil : quelles sont ses qualités ? ses
défauts ?
- sur une expérience : est-elle concluante ? pourquoi a-t-
elle échoué (ou réussi) ?
Chaque fois que l'élève doit choisir entre différentes lois,
différents modèles qui lui sont proposés, chaque fois qu'il doit élaborer
une stratégie, chaque fois qu'il doit maîtriser les étapes d'une activité
expérimentale, chaque fois qu'il doit organiser les étapes d'une
résolution, l'élève pratique une démarche scientifique.
Même si, selon les filières et selon les niveaux, certains items sont
plus développés que d'autres, on trouve toutes les activités décrites ci-
dessus dans une séance de travaux pratiques : celle-ci constitue donc un
moment privilégié de l'apprentissage de la démarche scientifique.
? Une séance de travaux pratiques
est l'une des activités pédagogiques les plus riches et les plus fécondes.
"La Science est un mode de connaissance fondé sur le dialogue
entre les théories et les données observées ou issues de l'expérimentation"
( Edgar MORIN)
(sociologue français contemporain né en 1921) Conclusion : Grâce aux travaux pratiques, les sciences expérimentales stimulent
des qualités particulières chez les élèves :
curiosité : observer, se poser des questions
esprit d'initiative et ténacité : concevoir et réaliser des
expériences
sens critique : construire sa connaissance
La démarche expérimentale, en effet, aide à :
maîtriser les concepts qui gèrent le fonctionnement d'un
dispositif
articuler pratiques expérimentales et appropriation de
connaissances plus théoriques
mémoriser (car on retient mieux lorsque l'on fait). "On se persuade mieux, pour l'ordinaire,
par les raisons qu'on a soi-même trouvées
que par celles qui sont venues dans l'esprit des autres"