VI.4.1.4 Mode de présentation et d'utilisation du modèle

Les premières activités du TP n°1 consistent à émettre différents sons par différents moyens (diapason, papier à cigarettes, haut-parleur et GBF, tambourin, instrument à corde). L'objectif de la séquence est affiché ("trouver une condition nécessaire à l'émission d'un son") et pour chaque situation les élèves doivent identifier la source et décrire son comportement (ils peuvent toucher, voir, entendre). Après toutes les expériences, une unique question est posée : y a-t-il un comportement commun à toutes ces sources ? Il s'agit donc, à partir des champs expérimentaux de la mécanique vibratoire et de la perception auditive, de passer à une explication unifiante dans le monde des modèles. Nous utilisons bien évidemment ici la connaissance possible du terme vibration qui peut spontanément émerger mais que la physique doit systématiser en référence au son et être capable de décrire de façon objective et précise en terme de grandeurs physiques. Nous reprenons ainsi à notre compte un mode de présentation du modèle qui ressemble à une démarche inductiviste puisque à partir d'un ensemble de situations les élèves sont amenés à construire le modèle. Cette phase est complétée par une démarche déductive puisque les élèves sont ensuite invités à utiliser le modèle. La description de la vibration en terme de grandeurs physiques est imposée, puis utilisée pour être mise en relation avec les perceptions auditives des élèves (l'enseignant indique juste qu'il fait varier la fréquence, ou l'amplitude, et demande de décrire l'évolution sonore). Ceci est fait dès le TP n°1 mais constituera l'activité centrale du TP n°3. Cette apparente redondance n'en est pas une de notre point de vue. Les observations que nous avons pu faire montrent en effet que l'établissement de ces relations demande du temps (Barde, 1998).

Ainsi une partie du modèle et la rédaction finale (celle du cahier de l'élève) sont au bout du compte imposées par l'enseignant une fois que le besoin de modèle s'est fait sentir et que les élèves ont commencé à mettre en relation des éléments du champ expérimental et des éléments du modèle. Nous nous situons donc dans une position intermédiaire entre imposition et induction du modèle, ce qui nous paraît être, dans la continuité des travaux réalisés dans ce cadre (Méheut et al., 1994, Tiberghien, 1996), le meilleur moyen de prendre en compte les activités de modélisation des élèves pendant la situation.

Précisons enfin que, dans le TP n°1, pour que le concept de fréquence prenne sens, une mesure est réalisée par les élèves dès que la fréquence a été définie (comptage du nombre d'aller-retour de la membrane d'un haut-parleur à fréquence suffisamment basse pour rendre le comptage possible). Quant à l'amplitude, les élèves peuvent constater les effets qualitatifs d'une variation sur le mouvement de cette membrane.

Finalement, durant toutes ces activités expérimentales, les activités de modélisations visées sont nombreuses, progressives et peuvent être résumées sur la figure VI.4-3 :

Ces liens à établir (dès le TP n°1) ne le sont pas facilement. En ce sens, il sera fait à nouveau appel à ce modèle lors du TP n°3. Le modèle y prendra un peu plus d'épaisseur dans la mesure où les prédictions et les comparaisons se feront alors en regardant le signal électrique fourni au haut-parleur, puis le signal électrique fourni par un microphone (le domaine expérimental électrique du § V.2 est alors pris en compte dans les activités, et il faut alors avoir vu, dans le TP n°2, une première approche microscopique de la propagation pour comprendre ce qu'il se passe au niveau du microphone). On voit bien ici les possibilités d'évolution du modèle, les extensions possibles de son domaine de pertinence.