Thème n° 1. Description et/ou interprétation d’une expérience dans un domaine de la physique : construction et analyse de phrases et de schémas de l’expérience « objet tiré par un moteur alimenté par une pile » et thème n° 2. Fonctionnement de la physique : processus de modélisation.

Ce thème ouvre la séquence d’enseignement de l’énergie dans cette classe. Il se situe donc au début de la première séance en présence de la demi-classe que nous suivons. Il dure 54 minutes. Le tableau 21, dans lequel les lignes respectent la chronologie de la séance dans la classe, représente la structuration en sous-thèmes.

La particularité de ces activités qui sont de l’ordre de la réflexion, d’abord sur ses propres productions, ensuite sur le fonctionnement de la physique, nous a conduit à inclure le thème 2 intitulé « Fonctionnement de la physique : processus de modélisation » dans le thème 1. Cette disposition est montrée dans le tableau 21 et le graphique 15. Ce thème 2 a une durée de 4 minutes environ.

Graphique 15. Visualisation du thème 1 (partie hachurée) dans la première séance.
Graphique 15. Visualisation du thème 1 (partie hachurée) dans la première séance.

De haut en bas : Phases didactiques (Introductions expérience, réalisation (expérience et activité) et correction). Organisation de la classe (CE, Groupe, Mixte), des thèmes et les sous-thèmes

Tableau 21. Structuration du premier et deuxième thème en sous-thèmes. Classe 1.
Thème 1 (Durée : 59 min) Thème 2. Fonctionnement de la physique : processus de modélisation (Durée 4 min) Org Cl
.Description et/ou interprétation d’une expérience dans un domaine de la physique : construction et analyse de phrases et de schémas de l’expérience « objet tiré par un moteur alimenté par une pile »
Sous-thèmes Inclusions  
1. Consignes pour la réalisation de l’expérience et préparation du matériel (Durée : 3 min)   CE
2. Observation, description et interprétation de l’expérience réalisée (Durée : 10 min)   Gr ou M
3. Description  et interprétation  (Durée : 5 min) (Réflexion sur les termes)   Gr ou M
4. Construction et analyse, par les élèves, de phrases et de schéma pour décrire en termes d’objets et/ou événements et pour interpréter l’expérience selon les domaines phénoménologiques de la physique. (Durée : 26 min)   Gr ou M
5. description et/ou interprétation de l’expérience réalisée (analyse des phrases construites) (Durée : 11 min)
6. Interprétation d’un phénomène à l’aide de modèles selon les différents domaines. Caractère évolutif d’un modèle. (Durée : 2 min)
7. Différence entre « description » et « interprétation ». Choix du domaine phénoménologique lors de l’interprétation. (Durée : 2 min)
CE

Les traits éliminés dans le champ « intitulé des sous-thèmes » indiquent l’inclusion d’un sous-thème dans l’autre. Les durées indiquées sont celles du sous-thème seul.

L’activité faite durant ce thème vise à :

‘« Faire le lien entre les connaissances du quotidien ou du monde industriel et le modèle de l’énergie du physicien.
Expliciter aux élèves que le physicien dispose de plusieurs modèles pour interpréter les situations expérimentales et qu’il choisit de se placer dans l’un ou l’autre des domaines (mécanique, énergie) en fonction des questions qu’il se pose »  (PEGASE/INRP)’

Le texte des activités est donné dans le tableau 22

Tableau 22. Activités à réaliser dans ce thème. Classe 1
On alimente un moteur grâce à une pile. Sur l’arbre du moteur un fil s’enroule et entraîne un objet qui glisse sur un support horizontal (paillasse).
1. Décrivez par écrit ce qu'il se passe. Proposez une interprétation à partir de ce que vous savez en sciences physiques ou dans la vie quotidienne. Faites un ou plusieurs schémas pour illustrer cette interprétation.
2. Pourrait-on répéter un grand nombre de fois cette expérience (en replaçant l’objet à sa position initiale à chaque fois) ?
3. Confronter vos schémas avec ceux des autres binômes.
4. Classez en quatre catégories, dans le tableau (tableau 23), les différentes phrases (ou parties de phrases) de vos textes ainsi que vos schémas.
Objets et événements
Interprétation
Dans le domaine de l’électricité Dans le domaine de la mécanique Dans un ou plusieurs domaines

Source : PEGASE/INRP.

Comme le montre le graphique 15, ce thème débute par une phase d’introduction de l’expérience. Durant cette introduction, l’enseignante donne, en classe entière, le but de l’expérience et les consignes nécessaires à sa réalisation. Du point de vue de la topogenèse, durant cette phase d’introduction de l’expérience, l’avancée du savoir est d’abord sous la responsabilité de l’enseignante. Celle-ci explique en classe entière la procédure d’installation de l’ensemble du matériel (comment il faut brancher les fils électriques au moteur et accrocher une ficelle pour que celui-ci puisse tirer un objet plus ou moins léger) et le résultat que l’on doit avoir quand le moteur tourne. Les élèves écoutent (sous-thème 1). Dans la suite, la responsabilité de l’avancée du savoir est partagée entre l’enseignante et les élèves. Ces derniers lisent le texte qui a été distribué et un des membres de chaque binôme récupère le matériel en attendant de recevoir le moteur qui est en train d’être préparé par l’enseignante. Celle-ci, en faisant ce travail invite les élèves à lire le texte des questions qui vont suivre (sous-thème 2).

Les élèves travaillent en groupe de deux pour la réalisation de l’expérience et pour la construction de phrases. Durant la réponse aux questions en groupe de deux et du point de vu de la topogenèse, l’avancée du savoir qui, en principe devrait être du ressort des élèves, est bloquée à cause des difficultés de compréhension que ces derniers ont eues et qui a été soulevées en premier par les deux groupes du fond de la salle (sous-thème 3). L’enseignante aide alors les élèves d’abord en groupe, puis toute la classe. Durant ces moments, l’avancée du savoir, qui consiste en la compréhension des termes « description » et « interprétation », est initiée par l’enseignante. Ensuite les élèves prennent la responsabilité de cette avancée qui consiste, après la distinction des termes, à construire des phrases et des schémas décrivant et interprétant ce qui est observé durant l’expérience (Sous-thème 4). Quand l’enseignante voit que les élèves ont fini de faire des schémas, elle leur demande de se mettre par groupe de quatre (environ 9 à 10 minutes depuis le début du sous-thème 4). Ils travaillent en groupe de quatre pour confronter leurs propositions et sélectionner les phrases qu’un représentant ira écrire au tableau dès que le groupe sera prêt, l’enseignante ayant écrit préalablement au tableau noir, les titres des colonnes (tableau 23). Du point de vue organisation de la classe, durant cette réalisation, il y a alternance entre « groupe » et « mixte ». Et du point de vue topogenèse, l’avancée du savoir est sous la responsabilité des élèves qui doivent faire fonctionner leur montage. L’enseignante les aide à cette tâche. Nous observons un changement d’organisation de groupe (passage de groupe de 2 à groupe de 4) au moment de la confrontation en groupe des productions, ainsi que d’autres formes de savoir en jeu. Durant cette analyse (des phrases et des schémas), la responsabilité de l’avancée du savoir est du ressort des groupes de 4. L’enseignante y participe en écrivant d’abord les colonnes au tableau, ensuite en discutant au sein des groupes. Ce thème manifeste un contrat dans l’organisation de la classe. En effet les passages de classe entière en groupe de deux puis de quatre ainsi que l’écriture au tableau d’un élève, représentant le groupe de 4 se font de manière fluide, sans coupure nette dans ces organisations ; les élèves n’ayant pas besoin qu’on leur donne des indications de travail. Il semble donc qu’il s’agit d’une pratique habituelle de la classe.

Tableau 23. Phrases écrites au tableau par les représentants des groupes de 4 élèves. Classe 1
Objets et événements observables
Interprétation à partir de ce que vous savez en en sciences physiques
dans le domaine de l’électricité dans le domaine de la mécanique dans un (ou plusieurs) autre(s) domaine(s)
Pile, moteur, objet, ficelle. On ferme le circuit électrique qui relie une pile et un moteur. Celui ci se met en action, son arbre tourne, enroulant progressivement la ficelle qui attire l'objet fixé à son autre extrémité.
L'arbre du moteur tourne et enroule la ficelle. L'objet est entraîné.
Le moteur fait tourner l'arbre qui fait s'enrouler la ficelle autour de lui.
La pile alimente le moteur, le fil s'entoure au domino et l'objet s'avance jusqu'au moteur
La pile produit de l'énergie électrique qui passe par le système moteur.
L’énergie électrique est transmise au système moteur 4
La pile fournit de l’électricité au moteur
La pile transmet de l’énergie électrique au moteur, énergie transmise par les fils.
Transfert d’énergie de la pile au moteur
Le système moteur transforme l’énergie électrique en énergie mécanique. La pile transmet de l’énergie électrique au moteur..énergie transférée par les fils
Le heu l'objet et le moteur...en interaction par l'intermédiaire de la ficelle.
L'énergie électrique est transformée en énergie mécanique, ce qui entraîne la rotation de l'arbre du moteur
L'arbre exerce une force sur la ficelle qui exerce une force sur l'objet
Une partie de l'énergie électrique se transforme en énergie thermique.
cette expérience produit de l'énergie thermique.
La réaction chimique à l'intérieure de la pile produit de l'énergie, énergie thermique produite.
La réaction chimique à l'intérieur de la pile produit de l'énergie

Au début de la correction en classe entière (sous-thème 5), l’enseignante donne les consignes de lecture et la façon de valider ou non des phrases à leur emplacement.

La lecture des phrases est d’abord réalisée successivement par les élèves dans les deux premières colonnes (un élève lit à haute voix), puis par l’enseignante dans les deux dernières colonnes (tableau 23). Durant cette lecture, l’enseignante, en interrogeant les élèves, répète leurs réponses, donne des explications supplémentaires, accepte des rajouts de phrases. Elle profite de la lecture de ces phrases pour donner le fonctionnement de la physique et le processus de modélisation (sous-thèmes 6 et 7 appartenant au thème 2) (tableau 21). Les élèves participent à la correction en donnant leur avis sur certains termes ou en interpellant l’enseignante pour des clarifications supplémentaires. La responsabilité de l’avancée du savoir est du ressort de l’enseignante, les élèves y participent en répondant aux questions ou en demandant des clarifications.

A la clôture du thème, en classe entière, l’enseignante fait avancer le savoir qui consiste à montrer aux élèves que durant ce qui va suivre, il peut arriver un moment où c’est à eux de choisir, suivant la situation, le domaine (mécanique, électrique, énergie) dans lequel ils doivent travailler. Elle leur fait remarquer que la situation où l’enseignant doit indiquer toujours le domaine dans lequel le travail se fait peut ne pas être explicitée. La conclusion du thème fait référence au texte du modèle de l’énergie qui permet à la classe d’analyser les phénomènes énergétiques.

Notes
4.

Phrase rajoutée pendant la correction