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Approches phénoménologique et linguistique des connaissances des élèves de seconde sur le son.
par Vince, Jacques
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2000
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Table des matières
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Tableaux
Page de titre
Remerciements
Résumé
Introduction
Partie A : Cadre théorique et questions de recherche
Chapitre I Approche phénoménologique du son
I.1 Les multiples facettes du son
I.1.1 L'omniprésence du son
I.1.2 Une variété de disciplines d'étude
I.1.3 Une variété de point de vue sur le "son"
I.1.3.1 Le son, c'est ce qu'on entend
I.1.3.2 Le son est un événement qui a lieu à la source
I.1.3.3 Le son est une entité qui évolue dans le temps
I.1.3.4 Le son est une entité qui évolue dans l'espace
I.1.3.5 Le son est une entité qui se déplace ou se propage
I.1.3.6 Le son est un phénomène ondulatoire complexe
I.1.3.7 Synthèse
I.1.4 Le son : cause ou effet ?
I.1.5 Audition et vision
I.1.6 Ouïe et autres sens que la vue
I.2 Des sons à décrire
I.2.1 Problèmes posés par une description phénoménologique des sons: objectivité et subjectivité
I.2.1.1 Tentative de définition d'une description phénoménologique des sons
I.2.1.2 Objectivité et subjectivité
I.2.1.3 Influence mutuelle des descriptions des différentes facettes du son
I.2.2 Description des sons perçus
I.2.2.1 Les insuffisances des critères classiques
I.2.2.2 Inadéquation avec les critères physiques
I.2.2.3 Vers d'autres descriptions
I.2.3 Description des modes de propagation
I.2.4 Description des interactions son – monde matériel
Chapitre II Son et enseignement de la physique
II.1 Brève histoire de l'acoustique et de son enseignement en physique
II.1.1 Histoire de l'acoustique : une discipline qui paraît "vieille"
II.1.1.1 Une discipline moins tourmentée que d'autres
II.1.1.2 Les prémices de l'Antiquité au Moyen-Age : la musique comme stimulant
II.1.1.3 Le renouveau de l'acoustique : un contexte mécanique et mathématique
II.1.1.4 Du 19e siècle à nos jours : avancées techniques et analyse des vibrations
II.1.2 Histoire de l'enseignement de l'acoustique
II.1.2.1 Des débuts révélateurs
II.1.2.2 Un "noyau dur" de savoirs à enseigner
II.1.2.3 Domaine propre ou domaine d'application ?
II.2 Enseigner le son
II.2.1 De la physique du physicien à la physique à enseigner
II.2.2 Intérêt de l'enseignement de l'acoustique
II.2.2.1 Un phénomène commun
II.2.2.2 Une sensibilisation aux nuisances sonores
II.2.2.3 L'occasion de réfléchir sur les perceptions humaines des événements
II.2.2.4 Un domaine de la physique qui permet de s'ouvrir à d'autres disciplines (interdisciplinarité)
II.2.2.5 Un moyen d'illustrer l'imbrication moderne technologie-physique
II.2.2.6 Des phénomènes et des notions transversales
II.2.2.7 Une occasion d'introduire des méthodes et des connaissances externes
II.2.3 Quelles contraintes institutionnelles pour le savoir à enseigner au sujet du son ?
II.2.3.1 Contraintes d'un enseignement introductif sur les outils de description et de représentation (iconographiques et langagiers)
II.2.3.2 Contraintes matérielles
II.2.3.3 Contraintes d'évaluation
II.2.3.4 Contraintes de suivi disciplinaire
II.2.3.5 Bilan sur l'écart a priori entre savoir savant et savoir à enseigner
II 3 Le savoir à enseigner actuel
II.3.1 Contexte et description du programme
II.3.1.1 L'épistémologie du programme
II.3.1.2 Contexte, place du son dans le programme
II.3.1.3 Description du savoir à enseigner
II.3.1.4 Évolution du programme : des aménagements avant la suppression
II.3.2 Du savoir à enseigner au savoir enseigné
II.3.3 Analyse critique du programme et des allégements
II.3.3 1 Un alibi pour d'autres sujets
II 3.3.2 Un décalage entre l'ancrage dans le monde et la physique enseignée
II.3.3.3 Des connaissances qualitatives mais sans véritable modélisation
II.3.3.4 Des aménagements de programme parcellaires
Chapitre III Caractérisation des savoirs et structures de connaissances chez les apprenants : le cas du son.
III.1 Repères théoriques
III.1.1 Caractérisation des savoirs quotidiens et des savoirs de la physique
III.1.1.1 Cadre général d'analyse : revue des systèmes explicatifs
III.1.1.2 Caractérisation des concepts
III.1.1.3 Analyse comparée des concepts et des explications mises en oeuvre en physique et dans la vie quotidienne.
III.1.2 Structures des connaissances chez les apprenants et changement conceptuel
III.1.2.1 Quelques précisions
III.1.2.2 Les connaissances en miettes de diSessa
III.1.2.3 Les catégories ontologiques de Chi
III.1.2.4 La hiérarchie des structures de connaissances selon Vosniadou
III.1.2.5 Le changement conceptuel
III.2 Revue des travaux sur les conceptions des enfants
III.2.1 Une brève étude de Piaget
III.2.2 Les travaux de Karine Mazens
III.2.2.1 Nature du son et propriétés "matérielles" du son
III.2.2.2 Rôle de la vibration
III.2.2.3 Transmission et trajet des sons
III.2.2.4 Les mots vibrer et résonner
III.3 Revue des travaux sur les conceptions au niveau secondaire et universitaire
III.3.1 Vitesse, déplacement, cinématique du son
III.3.1.1 Source et déplacement
III.3.1.2 Influence du milieu sur le déplacement du son
III.3.2 Nature du son et mécanisme de propagation
III.3.2.1 Aspects macroscopiques
III.3.2.2 Aspects microscopiques
III.3.3 Études au sujet des concepts scientifiques introduits par l'enseignement
III.3.4 Critiques et enseignements à tirer de ces travaux
III.3.4.1 Analyse critique
III.3.4.2 Premières conséquences pour l'enseignement et l'apprentissage
Chapitre IV Hypothèses et questions de recherche
IV.1 Le "son" : un cas caricatural pour les problèmes d'enseignement et d'apprentissage de la physique ?
IV.1.1 De la quotidienneté et évidence des phénomènes à des situations propices à l'enseignement
IV.1.2 De la différence de champ phénoménologique (entre analyse quotidienne et physique) à l'élaboration d'un enseignement
IV.1.3 Un panel important de niveau de savoirs
IV.2 Articulation entre la recherche et l'enseignement et ses effets
IV.3 De la phénoménologie et systèmes explicatifs quotidiens aux outils d'analyse des productions d'élève
IV.4 Présentation de l'information scientifique : élaboration et rôle des outils de simulation
Partie B : Proposition de séquences d'enseignement
Chapitre V Hypothèses pour l'élaboration de la progression et analyse du savoir à enseigner
V.1 Hypothèses d'apprentissage
V.1.1 Permettre l'explicitation les connaissances initiales des élèves et la prise de conscience de leur évolution
V.1.1.1 Hypothèses théoriques
V.1.1.2 Conséquences pour les stratégies d'élaboration des séquences
V.1.2 Permettre à l'élève de parler et d'écrire en coopérant pour qu'il construise et s'approprie les savoirs
V.1.3 Permettre à l'élève d'exploiter ses capacités sensorielles
V.1.4 Permettre l'activité de modélisation
V.1.4.1 Première approche de la modélisation
V.1.4.2 Éléments de syntaxe et de sémantique des modèles pour l'enseignement
V.1.4.3 Hypothèses au sujet de la modélisation
V.2 Analyse du savoir à enseigner en terme de modèles et d'objets et événements
V.2.1 Une théorie éloignée de l'acoustique
V.2.2 Variété et description des modèles et des domaines expérimentaux
Chapitre VI Un enseignement expérimental favorisant la modélisation : le travail du groupe "SOC".
VI.1 Présentation du groupe SOC
VI.1.1 Contexte et objectifs
VI.1.2 Des compétences multiples et complémentaires pour l'élaboration des séquences
VI.1.3 Une prise en compte des connaissances initiales et de l'activité de l'élève
VI.2 Rôle des activités expérimentales et modélisation
VI.2.1 Position du problème
VI.2.2 De nouvelles fonctions pour les TP : un dépassement de l'articulation classique cours / TP
VI.2.3 Diversifier les modalités d'activité impliquant l'expérience
VI.2.3.1 Repérer un événement commun à toute une classe de situations.
VI.2.3.2 Confirmer ou infirmer une prédiction effectuée préalablement.
VI.2.3.3 Imaginer une expérience pour mettre en évidence un phénomène décrit théoriquement
VI.2.3.4 Imaginer une expérience ou un protocole (pas forcément unique) pour réaliser une tâche pratique.
VI.2.3.5 Faire des liens qualitatifs entre caractères perceptifs (auditivement) et des grandeurs physiques mesurables relevant d'un modèle physique
VI.2.3.6 Permettre l'utilisation d'un modèle pour interpréter l'expérience réalisée pour donner du sens aux concepts du modèle.
VI.3 Contenus traités et documents proposés
VI.3.1 Des savoirs annexes minimisés
VI.3.2 Organisation globale de la progression
VI.3.3 Chronologie de l'introduction des concepts
VI.3.4 Un effort pour améliorer la diffusion, la portabilité et l'appropriation des documents par les enseignants
VI.4 Un enseignement expérimental favorisant l'activité de modélisation : deux exemples importants
VI.4.1 Modèle de la vibration pour la création sonore
VI.4.1.1 La vibration dans le savoir à enseigner
VI.4.1.2 Quelques constats sur les connaissances des élèves
VI.4.1.3 Le modèle proposé
VI.4.1.4 Mode de présentation et d'utilisation du modèle
VI.4.1.5 Domaine de fonctionnement et limites du modèle
VI.4.2 Modèle particulaire de la propagation du son
VI.4.2.1 Place de la propagation dans le savoir à enseigner et rappel sur les conceptions
VI.4.2.2 Le besoin d'un modèle particulaire
VI.4.2.3 Présentation du modèle
VI.4.2.4 Utilisation du modèle
VI.4.2.5 Domaine de fonctionnement et limites du modèle
Partie C : Systèmes explicatifs, langage et enseignement
Chapitre VII Investigation sur les systèmes explicatifs : méthodologie
VII.1 Une nouvelle approche
VII.1.1 Dégager les caractéristiques des cadres explicatifs
VII.1.2 Types d'analyses pris en compte pour définir un nouveau champ et de nouveaux outils d'investigation
VII.1.3 Comment étudier les phénoménologies spontanées ?
VII.1.4 Questions phénoménologiques
VII.1.5 Les cadres conceptuels pour rendre compte des différentes facettes du son
VII.2 Problématique
VII.2.1 Explication contingente à la situation ou phénoménologie explicative globale ?
VII.2.2 Écart par rapport au(x) cadre(s) conceptuel(s) induit(s)
VII.2.3 Niveau de savoir adopté
VII.2.4 Évolution avant / après et comparaison SOC / non SOC
VII.2.5 Lexique et évolution lexicale
VII.3 Présentation du questionnaire et de la population
VII.3.1 Étude critique de la technique du questionnaire
VII.3.2 Description du questionnaire et de son élaboration
VII.3.2.1 Processus d'élaboration
VII.3.2.2 Description du questionnaire
VII.3.3 Contexte de passage
VII.3.3.1 Insertion dans la progression
VII.3.3.2 Présentation aux élèves
VII.3.4 Population étudiée
VII.4 Outils d'analyse des questions
VII.4.1 Liens avec les questions phénoménologiques
VII.4.2 Aspects du son et cadre conceptuel induits a priori
VII.4.3 Description et explication
VII.4.4 Contexte et familiarité de la situation
VII.4.5 Liens avec le savoir savant et le savoir à enseigner
VII.5 Élaboration et utilisation des grilles d'analyse
VII.5.1 Élaboration
VII.5.2 Critères de codage et utilisation
Chapitre VIII Présentation des questions et résultats
VIII.1 Présentation des questions et résultats spécifiques
VIII.1.1 Question B
VIII.1.1.1 Énoncé
VIII.1.1.2 Présentation
VIII.1.1.3 Résultats essentiels
VIII.1.1.4 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.1.5 Évolution lexicale
VIII 1.2 Question C
VIII.1.2.1 Énoncé
VIII.1.2.2 Présentation
VIII.1.2.3 Résultats essentiels
VIII.1.2.4 Usage linguistique
VIII.1.3 Question D
VIII.1.3.1 Énoncé
VIII.1.3.2 Présentation
VIII.1.3.3 Résultats essentiels
VIII.1.4 Question E
VIII.1.4.1 Énoncé
VIII.1.4.2 Présentation
VIII.1.4.3 Résultats essentiels
VIII.1.4.4 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.4.5 Analyse lexicale
VIII.1.5Question F
VIII.1.5.1 Énoncé
VIII.1.5.2 Présentation
VIII.1.5.3 Résultats essentiels
VIII.1.5.4 Étude lexicale
VIII.1.6 Question G
VIII.1.6.1 Énoncé
VIII.1.6.2 Présentation
VIII.1.6.3 Résultats essentiels
VIII.1.6.4 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.6.5 Évolution lexicale
VIII.1.7 Question I
VIII.1.7.1 Énoncé
VIII.1.7.2 Présentation
VIII.1.7.3 Rappel des résultats déjà obtenus sur des situations analogues
VIII.1.7.4 Résultats essentiels
VIII.1.7.5 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.7.6 Évolution lexicale
VIII.1.8 Question L
VIII.1.8.1 Énoncé
VIII.1.8.2 Présentation
VIII.1.8.3 Résultats essentiels
VIII.1.8.4 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.8.5 Évolution lexicale
VIII.1.9 Question N
VIII.1.9.1 Énoncé
VIII.1.9.2 Présentation
VIII.1.9.3 Résultats essentiels
VIII.1.9.4 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.9.5 Évolution lexicale
VIII.1.10 Question Q
VIII.1.10.1 Énoncé
VIII.1.10.2 Présentation
VIII.1.10.3 Résultats essentiels
VIII.1.10.4 Comparaison SOC / non SOC
VIII.1.11 Question S
VIII.1.11.1 Énoncé
VIII.1.11.2 Présentation
VIII.1.11.3 Résultats essentiels
VIII.1.11.4 Comparaison Soc / non SOC
VIII.1.11.5 Évolution lexicale
VIII.1.12 Question T
VIII.1.12.1 Énoncé
VIII.1.12.2 Présentation
VIII.1.12.3 Résultats essentiels
VIII.1.12.4 Comparaison Soc / non SOC
VIII.2 Résultats globaux et conséquences pour l'enseignement
VIII.2.1 Analyse des taux de réponse
VIII.2.2 Types d'explications : explication contingente ou mécanismes explicatifs larges ?
VIII.2.3 Écarts par rapport aux cadres conceptuels
VIII.2.4 Niveau de savoir adopté et passages d'un niveau à un autre
VIII.2.5 Les effets majeurs de l'enseignement
VIII.2.5.1 Sur le plan de la globalité des explications
VIII.2.5.2 Sur le plan des cadres conceptuels
VIII.2.5.3 Sur le plan du niveau de savoir utilisé
VIII.2.6 Les effets de l'enseignement proposé par le groupe SOC
VIII.2.6.1 Taux d'absence d'information
VIII.2.6.2 Une évolution accrue du niveau de savoir utilisé
VIII.2.6.3 Une distinction accrue entre ce qui relève de la perception et ce qui relève des modèles
VIII.2.6.4 Une évolution contrastée de la description microscopique
VIII.2.7 Quelques remarques sur les écarts entre le son dans la vie quotidienne et le son dans le cours de physique
VIII.2.7.1 Ce qui fait l'identité d'un son
VIII.2.7.2 Importance du milieu pour l'enseignement
VIII.2.7.3 Pour l'enseignement, le son ne peut pas exister que dans l'oreille
VIII.2.7.4 Des points de vue inhibés
Chapitre IX Langage et savoirs au sujet du son
IX.1 Cadre théorique et hypothèses
IX.1.1 La langue comme support de connaissances et de raisonnements
IX.1.2 La construction des concepts scientifiques : notion et concept
IX.1.3 Approches lexicales et syntaxiques
IX.2 Premiers résultats issus de l'investigation sur les systèmes explicatifs
IX.2.1 Résultats de la question A
IX.2.1.1 Énoncé
IX.2.1.2 Présentation
IX.2.1.3 Résultats essentiels
IX.2.1.4 Comparaison SOC / non SOC
IX.2.2 Rappels sur les évolutions lexicales dans les productions des élèves
IX.3 Méthodologie
IX.3.1Quelques réflexions au sujet du domaine sonore et choix des termes étudiés
IX.3.2 Élaboration du questionnaire
IX.3.3 Conditions de passations
IX.3.3.1 Population
IX.3.3.2 Contexte de passage
IX.4 Résultats et analyse
IX.4.1 Volume
IX.4.1.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.1.2 Recherche des sèmes
IX.4.2 Intensité
IX.4.2.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.2.2 Recherche des sèmes
IX.4.3 Fréquence
IX.4.3.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.3.2 Recherche de sèmes
IX.4.4 Vibrer, vibration
IX.4.4.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.4.2 Recherche de sèmes
IX.4.5 Émettre
IX.4.5.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.5.2 Recherche de sèmes
IX.4.5.3 Recherche iconique
IX.4.6 Recevoir
IX.4.6.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.6.2 Recherche de sèmes
IX.4.6.3 Recherche iconique
IX.4.6.4 Sèmes de récepteur
IX.4.7 Résonner
IX.4.7.1 Spécificité d'usage et polysémie
IX.4.7.2 Recherche de sèmes
IX.4.8 Son
IX.5 Conclusion pour l'enseignement
Partie D : La simulation comme aide à la modélisation : simulaSON
Chapitre X Hypothèses d'élaboration et présentation de simulaSON
X.1 Cadre général du développement du logiciel
X.1.1 Type de travail effectué
X.1.2 Cadre d'utilisation du logiciel
X.1.2.1 ntégration possible dans l'enseignement institutionnel
X.1.2.2 Type d'utilisation de l'ordinateur (validation expérimentale d'un comportement théorique)
X.2 Apport de la simulation animée dans le cas du son
X.2.1 De la nécessité de faire vivre les modèles proposés
X.2.1.1 Rappel sur la difficulté de représentation du concept d'onde
X.2.1.2 Une articulation forte avec les modèles écrits proposés par SOC
X.2.2 Les travaux existants
X.2.2.1 Animations au sujet des ondes
X.2.2.2 Animations au sujet de la propagation du son
X.3 Simulation et modèles. Statut du monde de la simulation
X.3.1 Cadre théorique
X.3.2 Les modèles physiques adoptés
X3.2.1 Le modèle de la vibration pour la création sonore
X.3.2.2 Modèle particulaire de la propagation du son
X.3.3 Implémentation des modèles : liens entre concepts et éléments du monde simulé
X.3.3.1 Vibration et perception auditive
X.3.3.2 Propagation
X.3.4 Type de simulation adoptée
X.3.4.1 Comparaison par rapport à la pratique de référence
X.3.4.2 Nature de la simulation : simulation ou représentation de résultats ?
X.4 Hypothèses sur les représentations sémiotiques
X.4.1 Hypothèses
X.4.2 Présentation des différentes fenêtres et représentations
X.5 Description de simulaSON
X.5.1 Type d'environnement et organigramme des fenêtres
X.5.2 Signification des objets manipulés et actions possibles
X.5.2.1 Fenêtre "graphe"
X.5.2.2 Fenêtre "paramètres"
X.5.2.3 Fenêtre "écouter"
X.5.2.4 Fenêtre "vibration"
X.5.2.5 Fenêtre "microscopique" ou particulaire
X.5.2.6 Fenêtre "capteurs et écran"
X.6 Simulation et expériences
X.6.1 Articulation entre monde simulé et monde des objets et des événements
X.6.2 Exemple d'utilisation avec une expérience réelle
X.6.3 Problèmes du lien avec la réalité
X.7 Analyse critique
X.7.1 Du point de vue de la physique et du domaine de fonctionnement
X.7.2 Du point de vue de l'enseignement
Conclusion
Nécessité et apport de l'analyse phénoménologique
La méthodologie adoptée
Les résultats des expérimentations
Systèmes explicatifs
Les grandes tendances
Effet de l'enseignement
Approche linguistique
Les outils d'ingénierie
L'enseignement proposé par le groupe SOC
SimulaSON
Éléments de discussion et perspectives
Au sujet de la méthodologie
Au sujet de l'ingénierie
Bibliographie
Annexes
Annexes relatives à la partie A
Physique - Chimie Allégements en seconde et première S applicable à la rentrée 1999
annexes relatives à la partie B
Consignes à donner à l'élève pour résoudre les différentes tâches
Analyse de 5 des 7 TP proposés par le groupe SOC à l'aide de la grille d'analyse du projet européen "Labwork in Science Education"
A. Résultat espéré (objectifs d'apprentissage)
B.1. Caractéristiques de la tâche
B.1.1. Ce que les élèves sont censés faire avec les objets et les observables
B1.2. Ce que les élèves sont censés faire avec les idées
B1.3. Degré d’ouverture ou de fermeture
B.2. Sources d’information disponibles pour l'élève
Annexes relatives à la partie C
Question B
Question C
Question D
Question E
Question F
Question G
Question H
Question I (grille de codage commune à la question H)
Question J
Question K
Question L
Question M
Question N
Question O
Question P
Partie a :Cochez les milieux dans lesquels le son peut se déplacer :
Partie b : dans quel milieu se déplace-t-il le plus rapidement, le moins rapidement ? Justifiez.
Question Q
Question R
Question S
Question T
annexes relatives à la partie D
Émettre, Question 4 (recherche iconique) : résultats
Recevoir, Question 4 (recherche iconique) : résultats
Définitions des termes étudiés (et dérivés)(Nouveau Petit Robert, 1995)(extraits essentiels)
Modèle microscopique de la propagation du son accompagnant l'utilisation de simulaSON
Tâches proposées dans la version d'expérimentation de SimulaSON
