samedi 4 mars 2017

La théorie des deux mondes

De la didactique pour préparer un cours de physique


Le prof débute son cours en parlant d'échographie. On a des images de fœtus en train de sucer leur pouce dans la tête, on se rappelle le froid du gel qu'applique le médecin avant de faire une échographie lorsqu'on s'était fait une entorse au foot. Quelques instants plus tard, nous voilà en train de bidouiller un micro et un récepteur sur un banc d'optique pour étudier la propagation des ondes sonores et on voit des sinusoïdes sur l'écran de l'oscilloscope. Il s'est passé quoi là? C'est quoi le lien? 

Enseigner c'est aussi aider l'élève à faire des liens

L'une des difficultés de l'enseignement de la physique est de permettre à l'élève de faire des liens entre les objets et les phénomènes du monde de tous les jours et entre les objets et les phénomènes de la classe de physique. Ces objets sont introduits en classe de physique pour modéliser la situation de la vie de tous les jours. Souvent, pour comprendre le lien entre l'objet de la vie de tous les jours et l'objet utilisé en physique, il faut passer dans le monde des concepts et des modèles. Il faut dire que l'échographe émet une onde ultrasonore qui se propage dans un milieu, est réfléchie, puis est enregistrée par un micro. C'est cette modélisation qui permet de comprendre la situation expérimentale choisie par le prof de physique. 
Tableau pour repérer les liens de modélisations à expliciter

Cette nécessité pour l'enseignant de bien faire attention à distinguer (et relier) objets et concepts, vie de tous les jours et classe de physique, a amené une chercheuse en didactique (A. Tiberghien) à introduire la notion de théorie des deux mondes. Cette théorie aide l'enseignant à construire les questions des activités de physique qu'il propose à ses élèves. Lorsqu'il a choisi la situation qu'il va étudier en classe, l'enseignant peut remplir le tableau de modélisation ci-dessous. 

 

 

Illustration sur l'exemple de la formation de la buée

Changeons d'exemple et prenons une démarche d'investigation proposée par Météo-France pour les primaires. Il s'agit de savoir "d'où vient l'eau de la buée?". Dans la vie de tous les jours, les enfants observent la formation de buée principalement en voiture, dans le bus ou parfois à la maison, les jours où il pleut et il fait froid. Il faut donc distinguer les objets (l'air dans la voiture, l'air hors de la voiture, la pluie, la vitre de la voiture, la pluie) les évènements (l'apparition et la disparition de la buée), les concepts de la vie de tous les jours (le chaud et le froid), et la théorie de la vie de tous les jours (la buée se crée quand le chaud rencontre le froid). 

Pour expérimenter en classe, les élèves proposent d'utiliser un sèche-cheveux ou des glaçons pour faire le chaud et le froid : ici, on voit une non dissociation du concept (chaud ou froid) et de l'objet (sèche-cheveux ou glaçons). L'enseignant va souvent mettre les glaçons dans de l'eau dans un verre et on arrive en classe de sciences à une situation avec comme objets : l'air de la pièce, l'eau avec les glaçons et le verre, la buée. Les concepts scientifiques à mettre en jeu pour décrire cette situation sont la température et l'humidité de l'air. L'explication physique est assez complexe en comparaison de celle de la vie de tous les jours, j'ai fait un billet sur ce sujet ici : http://la-zaude-a-lecole.blogspot.fr/2017/03/comment-se-forme-la-buee.html
 
Sur l'image ci-dessous on voit comment ce diagramme peut aider l'enseignant à expliciter les liens à faire pour aider les élèves à tirer le meilleur parti de cette situation d'apprentissage.




Comment se forme la buée...

Il y a quelques mois j'ai fait un dossier sur l'apparition des nuages pour la newsletter de mon équipe. Dans la vie de tous les jours, les enfants disent que la buée se forme quand le chaud rencontre le froid. Je vous propose ici de remettre le focus pour expliquer en physique dans quelles conditions la vapeur d'eau présente dans l'air se condense pour former de la buée ou un nuage.



La composition de l'air

L'air est un mélange de plusieurs gaz. Entre 0 et 80 km d'altitude, seule la teneur en eau vapeur varie dans la composition de l'air. On décrit donc l'air en donnant d'une part la composition de l'air sec, et de l'autre, la quantité d'eau qu'il contient.
  • L'air sec est constitué principalement de diazote (78%mol) et de dioxygène (21%mol). Le pourcent restant est composé d'argon, de dioxyde de carbone ainsi que d'autres gaz rares.
  • L'air peut contenir de l'eau sous forme de vapeur invisible (il est transparent). La quantité maximale d'eau que peut contenir 1 m3 d'air dépend de sa température : plus l'air est chaud, plus il peut contenir d'eau sous forme de vapeur.
En général, l'air ne contient pas la quantité maximale d'eau vapeur, il en contient moins. On décrit la quantité d'eau vapeur présente dans l'air par le taux d'humidité qui est le rapport entre la quantité d'eau vapeur dans l'air sur la quantité maximale d'eau vapeur dans l'air. 

Quand l'air refroidit

Lorsque l'air refroidit, la quantité maximale d'eau qu'il peut contenir diminue. Par exemple, 1 m3 d'air à 20 °C avec un taux d'humidité de 50% contient 8,5 g d'eau vapeur. Si cet air est refroidit à 5°C, il ne pourra pas garder toute cette eau liquide. L'excédent (8,5 - 6,5 = 2 g) se condensera pour former des gouttelettes d'eau.

 

Les nuages et la buée : de l'air humide qui se refroidit

Les nuages comme le brouillard naissent tous du refroidissement d'une masse d'air dont le taux d'humidité était suffisamment élevé pour provoquer de la condensation à plus basse température.

samedi 11 février 2017

Un bon enseignant


Enseigner, un métier qui s'apprend. Oui, mais pour développer quelles compétences?

Au détour de mes lectures sur la pédagogie universitaire, je trouve une liste qui me semble assez inspirante et assez équilibrée. Le professionnalisme d'un enseignant se mesurerait (Feldman 2007) à : 
  • La pertinence et la richesse de l’enseignement
  • La structuration de l’enseignement
  • Ses qualités de communication
  • Ses attentes élevées envers ses étudiants
  • La clarté des attentes et des modalités d’évaluation des acquis des étudiants
  • La qualité des interactions suscitées entre les étudiants
  • La qualité des apprentissages développés
J'aime bien cette grille...

Biblio :
Feldman, K.A. (2007). Identifying exemplary teachers and teaching: evidence from student ratings. In J. Perry, & J. Smart. (Eds.), The Scholarship of Teaching and Learning in Higher Education: An Evidence-based

mercredi 11 janvier 2017

Le point sur le CIES


Dans le cadre d'une réflexion sur la formation continue des enseignants-chercheurs, j'ai lu le rapport de 2009 de l'IGAENR sur les CIES : Centres d'Initiation à l'Enseignement Supérieur. Dès lors que l'on parle de formation à l'enseignement, des images négatives apparaissent, peut-être liées à la mauvaise réputation de l'offre de formation des ex-IUFM et des actuelles ESPE. 

Les rédacteurs de ce rapport ont mené plusieurs centaines d'entretiens afin d'évaluer l'activité des CIES qui s'est déroulée sur une vingtaine d'années. Ils ont noté que la très grande majorité des moniteurs sont plutôt très satisfaits de la formation qu'ils ont reçue dans le cadre du CIES, à l'inverse des formations reçues dans le cadre des IUFMs. Les inspecteurs notent plusieurs points qui peuvent expliquer la réussite du dispositif : 
  • Une évaluation systématique des enseignements proposés par les étudiants suivis d'une modification de l'offre de formation. Cette réactivité est rendue possible par le fait que l'équipe des formateurs n'est pas constituée des formateurs maisons.
  • Des enseignements pluri-disciplinaires (à la différence de ce que pourrait offrir une école doctorale), 
  • Une formation obligatoire, qui force les directeurs de thèse à libérer leurs thésards.
Un rapport intéressant qui montre qu'une formation à l'enseignement dans le supérieur est possible!

mercredi 30 novembre 2016

Ressources unisciel : maths pour les sciences

Image tirée du diaporama : mathématiques pour la physique

L'enseignement des maths pour les sciences est un enjeu pour la réussite des étudiants qui arrivent à l'université ou en classes préparatoires. Calcul, géométrie, nombres complexes... Autant de sujets vus avant le bac mais qui ne sont pas maîtrisé par la majorité des étudiants arrivant dans le supérieur, surtout dans des contextes différents de celui du cours de maths. Et ces lacunes sont d'autant plus problématiques qu'elles sont corrélées à l'échec en fin de première année de licence. 

Dans ce billet, je liste les différentes ressources d'unisciel qui peuvent être utilisées pour faire de la remédiation en "maths pour les sciences".

  • Pour commencer, des ressources de maths de L1 conçu par l'université Lille1 (cours, exos de maths, corrigés d'exos en vidéo) avec la chaîne Youtube Exo7 ainsi que le site associé : http://exo7.emath.fr/.
    C'est fait par des matheux et donc rarement en contexte de maths pour les sciences. 
  • Un cours en ligne de maths pour la physique fait par l'université de Nancy : http://uel.unisciel.fr/physique/outils_nancy/outils_nancy/co/outils_nancy.html
    Style un peu vieillot mais pas mal de notions abordées avec souvent quelques exerciseurs. 
  • Un ensemble de ressources de maths de niveau TS conçu par l'université de Bordeaux : http://www.unisciel.fr/ramses/
    Des capsules au look assez vieillot, mais avec du contenu qui peut être intéressant, et quelques exercices corrigé. 
  • Un ensemble de question de maths pour la physique construit par l'insa de Lyon. Pour le moment ces ressources ne sont pas diffusées mais elles seront très bientôt disponibles dans la banque de positionnement d'unisciel : http://pos.unisciel.fr/

dimanche 27 novembre 2016

La théorie de l'embarquement

Grâce à Twitter et à @FarbodSaraf j'ai découvert cette animation sur : "comment embarquer les passagers d'un vol le plus rapidement possible?". Et là, je suis en train d'attendre dans un aéroport, donc l'occasion se prête très bien à la rédaction de ce petit billet...
Remplir la cabine en commençant par le fond

D'un point de vue théorique, il parait tout à fait logique de faire rentrer d'abord les passagers du fond de l'avion, puis ceux du milieu, et enfin ceux des premières rangées. Tout à fait logique et c'est d'ailleurs ce que font de nombreuses compagnies. Oui mais... ça donne quoi en pratique?
Temps d'embarquement en fonction de la méthode choisie

Et bien le test a été fait, et en fait, l'expérience montre que c'est la méthode la plus longue pour embarquer les voyageurs! Au delà des considérations commerciales pour lesquelles les compagnies peuvent continuer à faire embarquer leurs passagers ainsi, cet exemple montre qu'il est impossible de savoir si une théorie décrit et prédit correctement ce qu'il se passe "en vrai" tant qu'une expérience n'a pas été réalisée!



samedi 26 novembre 2016

Le chercheur et son article

Je voulais partager avec vous une chouette vidéo que j'utilise en formation avec des étudiants scientifiques et avec des étudiants non-scientifiques pour faire vivre le processus de publication d'un article de sciences. L'idée est aussi/surtout de montrer le fonctionnement du peer-reviewing dans la publication des articles scientifiques...
 


Le chercheur et son article: une aventure en trois actes from La physique autrement on Vimeo.