Nouveaux programmes, nouveau travail: différentes approches pour construire une séquence. Propositions subjectives…

1. Nouveaux programmes, nouveau travail: différentes approches pour construire une séquence. Propositions subjectives… Jacques Vince Lycée Ampère, Lyon Groupe SESAMES, enseignant associé à l’Ifé- ENS Lyon jacques.vince@ens-lyon.fr http://pegase.inrp.fr Situations d'Enseignement Scientifique : Activités de Modélisation, d'Évaluation, et de Simulation Congrès UdPPC Nantes 2012

2. Plus de 200 notions et contenus Environ 100 compétences en 1ère S 11 compétences Mesures et incert. 118 compétences en TS L’illustration de 3 grandes phases de la démarche scientifique Des orientations thématiques

3. Ppe actif, excipient, formulation Signaux périodiques Fréq. Période Analyses médicales Synthèse Tensionmax min Naturelle/synthétique Santé Ondes sonoresOndes électromagn Groupe caractéristique Dilution Réflexion totale Molécules (formules, modèles), isomérie Concentrations Lumièrepropagation vitesse Familles chimiques Système/réaction chimique, équation Réfraction Quantité Espèce chimique Snell-Descartes Atomes, noyaux, charge Solution : solvant, soluté, dissolution Dispersion Corps purs, mélange Extraction, séparation, identification Éléments, isotopes, ions,duet-octet Tableau périodique Année de lumière Spectres émission et absorption CCM Caractéristiquesphysiques Masse et dimension de l'atome Matériaux Combustion Description de l'univers, structure lacunaire Univers Sport Relativité du mvt, vitesse, référentieltrajectoire Action, force, effet de la force Mesuretemps/durées Principe d'inertie Gravitation,pesanteur Pression dans les liquides, influence de la profondeur Pression d'un gaz, force pressante Observation Terre, planètes Loi de Boyle-Mariotte, limites Dissolution gaz dans liquide

4. Principe actif, excipient Caractéristiquesphysiques Santé Ondes sonoresélectromagnétiques Réflexion totale Synthèse Espèces chimiques,corps purs, mélange Transformation / réaction Signaux périodiques Atomes, élément, etc… Molécules (formules, modèles, isomères) Extraction, séparation, identification Naturelle/synthétique Lumièrepropagation. vitesse Tableau périodique Solution aqueuse Groupe caractéristique Mole Réfraction Concentration CCM Pression d'un gaz, d’un liquide, force pressante Description de l'univers Combustion Action, force, effet de la force Snell-Descartes Gravitationpesanteur Sport Pression et profondeur Relativité mouvement,référentiel, trajectoire Univers Dispersion Boyle-Mariotte Spectres Mesure d’une durée Principe d'inertie Dissolution gaz dans un liquide Techniques d'observation 4

5. La trilogie des compétences… Observer… …le programme Comprendre… …sa ligne directrice Agir… …devant les élèves…

6. Encore un programme concocté par des didacticiens coupés de la réalité

7. Didactique ? « L’enseignant doit être un accompagnateur de chaque élève dans l’acquisition de compétences qui ne peuvent être opérationnelles sans connaissances, qui sont à la fois la base et l’objectif de la didactique, notamment scientifique. Formation des esprits et acquisition de connaissances sont deux facettes indissociables de l’activité éducative » BO HS8 13/10/2011

8. La didactique peut-elle sauver l’enseignement des sciences physiques ?Qu’a-t-elle à dire sur de nouveaux programmes ?

9. Ce que n’est pas cet atelier… • Une session de formation continue avec ateliers en petits groupes… • Un cours de M1 pour apprendre à préparer une séquence… • Une méthode magique pour élaborer facilement des séquences d'enseignement • Une tentative de lire les intentions cachées des concepteurs des programmes… pour ne pas trop se stresser avec "l'esprit" du programme • Un débat sur la pertinence de la présence de quelques nouveautés (incertitudes en particulier)

10. Ce qu’aurait pu êtrecet atelier… • Une session de travail en petits groupes pour confronter les approches et faire fonctionner quelques outils proposés… • Un forum de discussion sur les difficultés de mise en œuvre des programmes de 1ère S et TS…

11. Ce que va tenter d’être cet atelier… une présentation d'outils pour • donner du relief au programme et (pour) gérer son temps • élaborer des séquences d'enseignement en tenant compte d'outils censés résister aux différentes réformes • ré-injecter la prise en compte des idées initiales et/ou des difficultés des élèves dans la construction de ces séquences

12. Proposition… • Contexte institutionnel • Quelques constats (côté élèves, côté enseignants) • S’approprier un programme et y mettre du relief : à partir de quels éléments de réflexion • Quelques exemples • Énergie • Ondes • Mécanique

13. Contexte institutionnel Le dilemme du lycée… Préparer aux futures Contribuer à la culture scientifique études scientifiques

14. Contexte institutionnel Le contexte de l’introduction des thèmes • Une urgence après un projet avorté • Une volonté réaffirmée d’ancrer l’enseignement des SPC « dans le réel » • Thèmes en seconde • Sujets « de société » type défi énergétique • Introduction d’outils classiques du praticien (physicien ou chimiste) sans transposition très réfléchie

15. Contexte institutionnel D’autres éléments de contexte… • Un contexte de réduction du temps d’enseignement (30 min en 2nde, un tiers de l’horaire en 1ère S…) • Des structurations différentes des contenus • Des recommandations sur les méthodes pédagogiques mais une liberté pédagogique célébrée • Une évaluation nationale préservée

16. Contexte institutionnel Le cycle terminal • Structuration via 3 phases de LA démarche scientifique • Des objectifs bien plus définis en termes de compétences qu’en termes de savoirs • « s’appuient sur des entrées porteuses et modernes »… • Utiliser de la science pour (extraire et exploiter des informations…)

17. Contexte institutionnel Le cycle terminal

18. Contexte institutionnel En TS • 11 compétences sur Mesures et incertitudes • 120 compétences 92 non expérimentales 28 expérimentales

19. Contexte institutionnel De « nouvelles » compétences… Extraire et exploiter des informations… Une compétence non expérimentale sur 4 en TS (1/5 en 1ère S) Pratiquer une démarche expérimentale (11/26) Mettre en œuvre une démarche expérimentale (7/26) Rédiger une synthèse de documents pouvant porter sur : - l’actualité scientifique et technologique ; - des métiers ou des formations scientifiques et techniques ; - les interactions entre la science et la société.

20. Quelques constats Quelques constats… Donnéesextraites des dossiers de l’enseignementsecondaire L’image des Sciences Physiques et Chimiques au lycée (LEGT et LP)‏ Dossier n°181 (DEPP - Mars 2007)‏ 661 LEGT, 528 LP, 6 acteurs par établissement (élèves, professeurs et chef d’établissement)‏ Enquêteeffectuée en octobre 2005

21. Quelques constats Que font les élèves en classe de physique-chimie? • 30 % ne sontjamaisinterrogés au début du courssurcequ’ilssavent déjà du sujettraité. • 31 % sonttoujoursousouvent en train d’écriresous la dictée de leurprofesseur • Dans 18 % des cas la recherched’uneréponse à un problème ne se fait quedans le cadre expérimental.

22. Quelques constats Échantillon étudié : 552 élèves dont 226 élèves de 3e (108 G et 118F) 205 élèves de 2nde (109 G et 96 F) 121 élèves de 1ère S, STI, STL ou autres (93 G et 28 F) Quelques données sur ce qui encourage les élèves en science (extraits d’un étude menée dans notre équipe)

23. Quelques constats Qu’est ce qui vous décourage le plus en classe de sciences? Proposition « ne pas savoir utiliser le vocabulaire adapté » 70% des 552 élèves répondent par l’affirmative (moyennement à beaucoup) 49% Une différence significative entre ceux qui veulent continuer les sciences et ceux qui veulent arrêter. 33% Continuer les sciences Arrêter les sciences

24. Quelques constats Qu’est ce qui vous encourage le plus en classe de sciences? Proposition : « penser que les connaissances personnelles que vous avez du sujet sont utiles » 58% 23% 14% Pas du tout + un peu Beaucoup + complètement moyennement

25. Quelques constats Ce qui vous permet de comprendre la physique, c’est ? Proposition« travailler avec mon voisin ou en petit groupe » 70 60 63% 50 40 30 20 17% 13% 10 0 Pas du tout + un peu Beaucoup + complètement moyennement

26. Quelques constats Du côté des enseignants…Enquête 1ère SSelon vous, le programme est : - structurant en termes de connaissances et méthodes scientifiques - une suite de "briques" de connaissances et méthodes séparées les unes des autres N=243

27. Quelques constats Du côté des enseignants…Enquête 1ère SLes contours du programme vous paraissent-ils assez précis ? NON 66% (160) Autre 5% (12) OUI 29% (71) N=243

28. Didactique ? Mais que peut-on améliorer ? Une marotte du didacticien… Professeur Relation pédagogique Relation didactique Élève Savoir Mon triangle à moi, il a aussi trois côtés : saquer, surcharger et sanctionner! Relation d’apprentissage

29. S’approprier un programme, y mettre du relief… Tenter de formuler un ou deux objectifs principaux par partie… Mettre en réseaux les concepts cités, repérer les concepts manquant… Hiérarchiser les compétences, les reformuler éventuellement. Repérer le champ expérimental courant et le champ expérimental didactique connu

30. S’approprier un programme… Ce travail se fait sous l’influence : des hypothèses d’apprentissage, en particulier pour l’apprentissage de la physique de l’analyse conceptuelle des savoirs nécessaires de la connaissance des idées initiales sur le sujet des objectifs en termes de méthode ou de compréhension de l’activité scientifique du temps d’enseignement de l’évaluation terminale, très sommative. … Ouais bah moi je suis payé pour enseigner ce qui est vrai, pas les idées farfelues des élèves

31. Les théories de l’apprentissage A quoi servent des éléments théoriques sur l’apprentissage ? Gratter pour que ça rentre, y a que ça de vrai Comment voulez-vous qu’ils apprennent de la physique s’ils ne font pas de manips On a tous des idées sur ce qu’on croit être les "bonnes" (meilleures ?) façons d’apprendre d’un élève… Regarder sa propre pratique pour la questionner… La recherche en fait un objet d’étude et peut proposer/tester des situations d'enseignement qui favorisent l’apprentissage.

32. Les théories de l’apprentissage Et la motivation fut ?? La motivation de l’élève passe par : • Une meilleure compréhension de ce que l’on attend de lui • Une diminution du sentiment d’arbitraire • Une prise en compte plus importante de ce qu’il sait et de ce qu’il produit (juste ou non ) • Des activités/situations qui suscitent la curiosité, la recherche, …

33. Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique • Mais au fait, qu’est-ceque faire de la physique ? • Analyser et interpréter les objets et les événements du mondematériel(point de vuepartagé par les élèves, qui disentdavantageexpliquer) • Faire des prévisionssurcemonde (peuévoqué par les élèves) • Cecinécessite • d'utiliser des théories, des modèles, des concepts qui permettentunecertaineobjectivation des situations ; • de simplifier, d’idéaliser, de faire des choix, de confronter aux situations matérielles... • brefmodéliser...

34. Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique Apprentissage des élèves: Relations difficiles et nécessaires MODÈLE Objets, événements… Champ empirique Versuneépistémologie "scolaire"… Champ théorique Lois, principes, définitions, théorèmes, paradigmes… Instrument reliant champs empirique et théorique

35. Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique Ce qui crée du sensLa difficulté essentielle Articuler les deuxmondes... monde de la théorie et du modèle Relations entre concepts Relations entre concepts et/ou événements/objets monde des objets et des événements Relations entre événements et/ou objets (Gaidioz & Tiberghien, 2003 ; Gaidioz, Vince & Tiberghien, 2004)‏

36. Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique Moi je pense que la physique est omniprésente autour de nous : pas question que je sépare ces deux trucs

37. Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique P R • Pour l'apprentissage initial... • Cetteactivité de modélisationnécessited'étudier des situations “simples” et/outrèsépurées... • pour lesquellesl'explicationoul'interprétation en termes de physique ne présente pas a priori un intérêtimmédiat. • éloignées des situations que les élèvespourraientavoirenvie de comprendre...

38. (Unepotentialité de l'expériencesous-exploitée ?) Une hypothèse forte SUR l’apprentissage de la physique • Ce cadre d'analysepermetaussi de mettre en évidencetous les rôlesquepeutjouerl'expérience: • révéler les idées des élèves (situation-problème), leur en faire prendre conscience et mettre en place des outils pour modéliser • valider un modèle (vérifierque…)‏ • susciter le besoin d’un (nouveau) modèle • induire un nouveau modèle • donner lieu à prévision à l’aide d’un modèle • permettred'explorer le champ de validité

39. S’approprier un programme… Ce travail se fait sous l’influence : des hypothèses d’apprentissage, en particulier pour l’apprentissage de la physique de l’analyse conceptuelle des savoirs nécessaires de la connaissance des idées initiales sur le sujet des objectifs en termes de méthode ou de compréhension de l’activité scientifique du temps d’enseignement de l’évaluation terminale, très sommative. …

40. Penser une articulation cohérente des contenus scientifiques Voir la construction de séquences à travers deux lentilles différentes Penser la prise en compte des idées des élèves (révéler, prendre en charge, dépasser…) Roth et al., 2011

41. Exemple d’analyse : l’énergie

42. Exemple d’analyse : l’énergie Une question socialement vive… • Une introduction d’une question sociale, non totalement aboutie… • Des croisements disciplinaires peu préconisés • Un concept et des enjeux sous influences multiples

43. Exemple d’analyse : l’énergie énergie DE = W + Q Communauté des citoyenset de la vie quotidienne Communauté scientifique Des « enjeux de société » • Des savoirs théoriques relativement stables et anciens • Des recherches et innovations essentiellement à finalité technologiques (efficacité…) • Une variété de disciplines convoqués, d’intérêts… et de « points de vue » • Pas de résolution par mise à l’épreuve expérimentale • Des savoirs scolaires • très « transposés » Quelle contribution de la physique ? Les questions desélèves !

44. Exemple d’analyse : l’énergie Une « neutralisation » des savoirs ? • Des questions dans les préambules, mais pas dans les contenus. • Une sectorisation implicite (mécanique, électricité…) • Une difficulté à prendre en compte explicitement d’autres champs disciplinaires

45. Exemple d’analyse : l’énergie Des contextes d’usage très variés • En physique scolaire, l’énergie peut être potentielle, cinétique, mécanique, interne, microscopique, macroscopique… électrique… • Dans la vie courante, l’énergie peut être solaire, nucléaire, géothermique, hydraulique, fossile, verte, propre, chère, renouvelable, éolienne, thermique… et électrique !

46. Exemple d’analyse : l’énergie Le défi énergétique ?

47. Exemple d’analyse : l’énergie Quelques commentaires… Un résultat direct de l’interaction des contextes : la présence de l’énergie électrique comme concept essentiel… Une entrée « mécanique » justifiée nulle part… Un hétérogénéité forte des compétences Un contexte électrique qui n’est pas « placé » Un recours explicite à la chaîne énergétique, « objet » didactique à assumer comme tel.

48. Exemple d’analyse : l’énergie Des usages courants à sonder et à prendre en compte • Je n’ai pas l’énergie de, je manque d’énergie • J’achète de l’énergie, on produit de l’énergie, on en consomme… • L’énergie d’une pile a disparu lorsqu’elle est usée • Des hybridations énergie-force-puissance-vitesse • …

49. Donner du relief, faire des choix : cas de l’énergie Objectifs principaux…Cas de l’énergie en 1ère S Savoir que l’énergie peut prendre différentes formes et qu’elle est caractérisée par ses propriétés de conservation, stockage et transfert. Quelle que soit sa forme, la grandeur énergie peut être exprimée avec la même unité. Distinguer puissance et énergie. Analyser une situation d’un point de vue énergétique à l’aide de la notion de rendement. Connaître et utiliser un critère pour désigner une ressource de renouvelable

50. Donner du relief, faire des choix : cas de l’énergie Hiérarchiser les compétences… *** Compétence structurante pour atteindre l’objectif principal d’apprentissage ** Compétence qui renforce une compétence structurante, ou utile pour accéder à une compétence structurante * Compétence qui ne contribue pas au objectifs principaux