Modélisation et enseignement de la physique

Depuis la naissance de la physique, les physiciens s’efforcent de comprendre le monde qui nous entoure et de fournir les outils qui représentent les objets et les événements du monde pour pouvoir les interpréter, les expliquer, les prédire. Ce sont les théories et les modèles. Quand les physiciens interprètent et prédisent les faits expérimentaux, ils n’appliquent pas directement la théorie à la situation, mais à partir de la théorie choisie, ils construisent un modèle de la situation expérimentale. Les démarches de construction et d’utilisation de modèles ont une place importante dans l’activité du physicien. Nous considérons qu’il faut faire acquérir aux élèves les démarches intellectuelles mises en jeu dans la modélisation (Tiberghien, 1994).

La notion du modèle n’a pas d’une définition unique, cette définition varie suivant la discipline scientifique et le terme de modèle est utilisé par de nombreux auteurs avec des contenus forts divers comme le signalent Johsua et Dupin (1993, p.15). Nous choisissons de donner les caractéristiques du modèle en utilisant les travaux de différents auteurs (Johsua et Dupin, 1993; Tiberghien, 1994 ). Un modèle est :

• une construction et un instrument théorique,
• un cadre conceptuel explicite,
• un intermédiaire entre la théorie et le champ expérimental,
• pertinent à son objet ; un modèle donné ne peut expliquer que certains phénomènes et pas d’autres et que certains aspects d’un phénomène,
• constitué des concepts et des relations (qualitative et/ou quantitative ; logique et/ou expérimentales) qui le structurent et des méthodologies qui y correspondent,
• constitué de systèmes de signes consistant en des figures, des graphiques, des symboles mathématiques ou plus simplement des propositions formées avec des mots,
• construit en vue d’interpréter, de prévoir, d’expliquer un ensemble bien défini et bien délimité de phénomènes,
• et un modèle repose sur une cohérence interne et externe.

Tiberghien (1994, 1997) intitule son analyse du rôle de la modélisation « la modélisation comme base de l’analyse des situations d’enseignement-apprentissage », en mettant l’accent sur le point de vue de l’élève qui apprend lors une séquence d’enseignement et sur les événements liés aux apprentissages. On peut noter que dans son travail (1997), Tiberghien distingue les différences et les relations entre l’apprentissage et l’enseignement. Concernant la différence, l’enseignement est lié à la savoir à enseigner et la mise en scène de ce savoir qui est sous la responsabilité de la noosphère et des enseignants. Quant à l’apprentissage, il est sous la responsabilité de l’apprenant.