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Sciences physiques et sens commun

Par Christine Vaufrey B , le 30 septembre 2009

Si vous lâchez, ensemble et de la même hauteur, une balle de papier et un cylindre en plomb, quel est l'objet qui arrivera le plus vite au sol ?

La réponse se trouve ici, et vous en serez peut-être surpris... Les élèves de cette classe de primaire ont pourtant trouvé, avec l'aide de leur professeur, la cause de ce résultat inattendu, et les principes régissant la chute des corps.

L'expérience contre-intuitive

Ils ont réalisé dans ce cas une "expérience contre-intuitive". En d'autres termes, une expérience dont les résultats vont à l'encontre de ce que le bon sens nous poussait à imaginer. Les expériences contre-intuitives sont volontiers proposées au public lors des fêtes de la science. Car elles éveillent la curiosité, bousculent les croyances par la preuve, et font ressembler la science à une quête dont vous êtes le héros...

Les expériences contre-intuitives sont utilisées depuis fort longtemps : Galilée, qui n'est pas allé à l'école avec nous, en a monté une qui est restée célèbre et fonctionne encore à tous les coups : sur un navire en marche, si on lâche une pierre depuis le haut du mât, où va t-elle tomber ? De nombreuses personnes disent qu'elle tombera derrière le bateau, dans son sillage. Qu'en pensez-vous ? Sans en avoir l'air, ce problème exemplifiait le fait que la terre tourne bel et bien autour du soleil... Pour vous en convaincre, voyez ici, section "le problème de la pierre qui tombe".

Les enseignants de sciences physiques et de chimie connaissent bien ce type d'expériences.Ils les utilisent parfois pour piquer la curiosité de leurs étudiants et déclencher le questionnement. Au travers des réflexions des étudiants apparaissent leurs représentations. Une fois seulement ce corpus de représentations établi, il faudra alors entreprendre de le modifier...

Mais l'expérience contre-intuitive ne constitue pas un remède miracle pour la remise en question des représentations communes. Ceci, parce que les apprenants ne sont jamais à court d'explications qui assureront la cohérence entre ce qu'ils voient et leurs schémas de pensée. Voyons par exemple la mésaventure survenue à deux chercheurs proposant des expériences contre-intuitives relatives aux capacités des matériaux à conserver la chaleur :

"Nous avons proposé aux participants de comparer en la mesurant avec un thermomètre numérique sans décimales, la différence de température entre une chaussette de laine et une feuille d’aluminium froissée en boule, toutes deux accrochées au mur pour en éviter le réchauffement par leurs mains. Interrogés au préalable sur le résultat attendu, la plupart prévoyaient que la laine serait plus chaude que l’aluminium : « La laine chauffe puisqu’on en met en hiver ». Ils pouvaient ensuite se rendre compte de leur méprise en réalisant la mesure. Mais l’entretien postérieur à la manipulation était encore plus intéressant pour analyser ce que notre public avait réellement retenu. C’est ainsi qu’un enfant, interrogé après l’expérience sur les raisons de l’égalité des deux températures, nous a annoncé qu’il était normal qu’il en soit ainsi puisque : « La laine, c’est fait avec de l’aluminium »." Il suffisait d'y penser... 

Les expériences contre-intuitives perturbent les idées reçues mais ne sont pas nécessairement auto-formatrices, comme le précisent nos deux chercheurs dans l'article intitulé "Un outil pour apprendre : l'expérience contre-intuitive". Selon eux (qui sont des spécialistes des sciences de l'éducation), c'est l'acte d'apprendre qu'il faut interroger. Les modèles didactiques reflètent mal en effet la complexité de l'acte d'apprendre et, en particulier, éliminent totalement les aspects affectifs et émotionnels qui "jouent un rôle stratégique dans l'acte d'apprendre", comme le dit André Giordan cité par nos auteurs. De plus, le nouveau savoir à faire acquérir ne se situe pas nécessairement dans la lignée de ceux que l'élève détient déjà. Il lui sera d'autant plus difficile d'intégrer la nouveauté dans les termes de l'enseignant, surtout si son entourage immédiat ne valorise pas ce savoir.

Un mot, de multiples sens

« La prof de physique est vraiment bizarre : elle m’a dit que mon poids devait être en newton alors que je sais depuis bien longtemps que mon pèse-personne affiche des kilos ; d’ailleurs le docteur m’a lui aussi toujours donné mon poids en kilos !... ». Voilà un excellent exemple de notion nouvelle (une unité de poids) rapportée à l'expérience banale et omniprésente. Le langage est ici un très bon révélateur des représentations et idées initiales des apprenants, qu'ils partagent avec quasiment tout le monde... sauf le prof pendant l'heure de physique (parce que lui aussi surveille son poids en kilos, n'en doutons pas).

Une fiche pédagogique réalisée par l'Académie de Lyon destinée aux professeurs de physique en lycée s'attaque précisément à ce problème de polysémie (multiplicité de sens) :

"Au lycée, beaucoup de termes utilisés en physique le sont également dans la vie courante mais leur usage se fait de façon beaucoup plus rigoureuse ou précise : il suffit de penser aux termes poids, forces, énergie, puissance, chaleur, lumière, qui ont des sens variés dans la vie quotidienne et précis dans la physique enseignée. Par exemple, un objet dans le sens commun est quelque chose de manipulable, c’est pourquoi la Terre qui peut être un objet au sens de la physique ne l’est pas au sens courant. Faire de la physique nécessite souvent de « parler physique » (ou parler à la façon du physicien) avec des mots déjà connus dans le langage courant. Comme pour d’autres disciplines, apprendre de la physique implique donc forcément de se familiariser non seulement avec le vocabulaire qui lui est spécifique mais aussi avec les usages spécifiques à la discipline de termes utilisés dans la vie courante".

En d'autres termes, il faudra sans cesse préciser le sens exact des termes employés, éventuellement en établissant en lien avec le langage courant, mais sans hésiter à rompre momentanément ce lien dans le cadre de l'étude scintifique. Il ne s'agit pas, selon les auteurs de la fiche, de dire qu'il y a un usage correct et un usage incorrect du terme. c'est le contexte d'usage qui détermine sa pertinence.

Sens et langage communs donnent du fil à retordre aux enseignants de physique. Mais s'ils passaient outre aux indispensables déconstructions et clarifications, ils formeraient des cohortes d'apprenants qui s'empresseraient d'oublier le vernis scientifique posé sur des phénomènes qui, finalement, surviennent sans qu'il soit nécessaire de les comprendre. L'ignorance peut être vécue comme une tranquillité, si elle permet de ne pas bousculer un univers physique et mental familier. Le savoir se vit souvent comme une rupture, encore faut-il donner envie aux apprenants d'assumer cette nouveauté.

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