PNI 3 |
Bilans intermédiaires |
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Programme National des Innovations 3 - 1999/2001 -
Bilan intermédiaire (juin 2000).
IREM de Lyon - 69622 - Villeurbanne
Cedex
Recherche-développement
sur l’adaptation des TPE
à l’acquisition
par les élèves de compétences relatives à la mise en place
d’une démarche
scientifique dans des situations problèmatisées.
Académie
: Lyon Etablissement
: IREM de Lyon 43 bd du 11/11/1918, 69622 Villeurbanne Cedex Personne
contact : Gilles ALDON, professeur agrégé de mathématiques PNI
3 – n° A9 Nom du
fichier : P1IRTPE.rtf L’accent est mis dans les programmes des classes de lycée
sur l’acquisition par les élèves de compétences relatives à la mise en place
d’une démarche scientifique dans des situations problèmatisées. Récemment, un
renouvellement des formes de travail
et d’évaluation est proposé avec la mise en place des TPE. Par
ailleurs, les recommandations du Conseil National des programmes visent à un
usage approfondi de l’ordinateur par les élèves[1].
Une expérimentation[2]
anticipant l’esprit de ces évolutions a été conduite depuis 1994 à l’IREM de
Lyon sous la forme de situations d’études et de recherches en petits groupes
sur plusieurs mois (les problèmes longs), conduites par les élèves comme
un mini projet en utilisant des calculatrices formelles. Ces expérimentations ont permis de montrer qu’un certain nombre de conditions sont nécessaires pour permettre à un enseignant de conduire en classe ce type de travail : ces conditions concernent à la fois la définition précise des divers types d’objectifs visés, le choix de la situation proposée, la gestion du travail de projet lui même dans ses diverses étapes et relances, et son articulation avec les autres activités de la classe, enfin l’évaluation des productions et des acquis des élèves ; le tout étant piloté par les conceptions de l’enseignant sur cette forme inhabituelle de travail et plus généralement par son rapport à la recherche. Le but de la recherche-développement menée à l’IREM a été,
à partir des résultats obtenus précédemment, d’étudier leur adaptation aux
TPE et les conditions de leur communication sous la forme d’un document à
destination des enseignants visant à leur faciliter la conduite de TPE :
“ un guide de conduite de TPE ”. Cette recherche présentera aussi
des ouvertures plus théoriques en s’appuyant sur les travaux récents en
didactiques ou en Sciences de l’Education. Les expériences déjà réalisées, ont permis de montrer
qu’un certain nombre de conditions étaient nécessaires pour conduire en
classe ce type de travail : ces conditions concernent à la fois la
gestion de la classe, l’évaluation des acquis des élèves, la définition
précise des objectifs visés et le choix de la situation proposée. Plusieurs
expérimentations des TPE se sont déroulées dans l’Académie de Lyon, dont 5 en
lien avec le groupe de recherche de l’IREM : lycée A.Camus à Firminy,
Lycée J.Moulin et Lycée Lacassagne à
Lyon, Lycées J.Brel et M.Sembat à Vénissieux . Elles ont concerné des classes
de première S et une classe de Terminale S et s’appuie sur les travaux
existant et les réflexions de groupes de recherche de l’IREM de Lyon.
Ci-joint le descriptif sommaire d’organisation des TPE au lycée J.Brel
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Sujet |
Classe |
-
Un objet tombe du
porte-bagages d’un vélo : décrire le mouvement de cet objet vu par le
cycliste, vu par un observateur au bord de la route. -
Bref résumé : ce
sujet utilise les connaissances de physique et de maths de première, impose
la mise en place d’expériences, le recueil de données et la vérification du
modèle choisi. Etude plus générale de la chute des corps. |
1ere Tale |
-
Pourquoi les cosmonautes
“ flottent ” ils dans un vaisseau spatial ? -
Bref résumé : ce
sujet permettra de faire le point sur les lois de la gravitation et amènera
à prévoir des résultats à partir du modèle mathématique. |
Tale |
-
Tracer sur une carte la
route la plus courte de Brest à New York. -
Bref résumé : ce
sujet permettra de faire le point sur différentes méthodes utilisées pour
représenter la terre sur un plan : point de vue historique et
mathématique. |
1ere Tale |
-
Etude de la sécurité d’un
cheval à bascule. -
Bref résumé : ce
sujet met en œuvre les principes physiques du mouvement et impose une
vérification pratique de la théorie. |
1ere Tale |
-
Comment peut-on se repérer
sur la mer en vue des côtes ? -
Bref résumé : ce
sujet permettra d’utiliser les connaissances géométriques dans un cas
pratique. |
1ere Tale |
-
Quelle est la longueur de
la côte bretonne ? -
Bref résumé : ce
sujet permettra de comprendre une théorie mathématique moderne à partir de
la lecture d’articles récents. |
Tale |
-
Comment fabriquer un
cadran solaire ? -
Bref résumé : en partant de l’étude du
mouvement apparent du soleil, ce sujet pourra déboucher sur la réalisation
effective d’un cadran solaire. |
1ere Tale |
-
Revue de presse
scientifique -
Bref résumé : à
partir d’articles parus dans des revues scientifiques, mise en évidence du
rôle des mathématiques en physique. Vulgarisation |
1ere Tale |
-
A quoi servent les
fonctions ? -
Bref résumé : à
partir de vos connaissances en mathématiques et en physique, à partir de
lecture d’articles scientifiques, vous essayerez de comprendre le rôle du
concept de fonction en mathématique et en physique |
1ere Tale |
-
Etude de textes
historiques : introduction du concept de probabilité. -
Bref résumé : à
partir de la correspondance de Fermat et Pascal, ce sujet permettra de
comprendre les problèmes fondamentaux soulevés par la théorie des
probabilités. L’utilisation en physique de cette théorie pourra être
abordée. La simulation informatique du hasard pourra être étudiée. |
1ere Tale |
-
Qu’est ce que la
cryptographie ? -
Bref résumé : les
méthodes de codages actuelles utilisent des propriétés des nombres et des
théorèmes de l’arithmétique. Ce sujet permettra de découvrir plusieurs
méthodes de codage |
Tale Spe Maths |
-
Construction d’un plan
incliné répondant à un cahier des charges précis. -
Bref résumé :
utilisation des connaissances en mathématiques et physique pour la
résolution d’un problème pratique. Ce problème sera cherché en
collaboration avec d’autres classes via le courrier électronique. |
1ere Tale |
-
Comment un radar peut-il
déterminer la vitesse d’un véhicule ? -
Bref résumé : à
partir d’une question banale, étude d’un principe physique dans différentes
théories. |
1ere Tale |
-
Le nombre p -
Bref résumé :
plusieurs approches peuvent être envisagées : historique,
mathématique, algorithmique… pour tenter de comprendre un peu mieux ce
nombre surprenant. |
1ere Tale |
-
Etude du rebond d’une
balle -
Bref résumé : en
partant d’une expérience (lancer d’une balle parallèlement au sol), on
pourra mettre en évidence les modèles et tester leurs validités. |
1ere Tale |
-
Comment les
astrophysiciens ont-ils observé l’expansion de l’univers -
Bref résumé : à
partir d’articles scientifiques, on pourra mettre en évidence un principe
physique utilisable dans différentes théories. |
1ere Tale |
-
Education d’un rat virtuel
dans un labyrinthe virtuel à partir d’un jeu informatique -
Bref résumé : comment
apprendre à un rat virtuel à sortir d’un labyrinthe. |
1ere |
-
Etude statistique comparée
des pronostiques et des résultats dans les courses hippiques -
Bref résumé : en
étudiant d’un point de vue statistique les résultats des courses, on pourra
définir une stratégie pour parier : espoir de gain, risque de pertes |
1ere |
-
Etude des transformations
du plan, de l’espace -
Bref résumé : les
transformations usuelles (ou non) peuvent se composer ; ce sujet
étudiera les effets de ces compositions |
1ere |
-
Le laboratoire de physique
sera à votre disposition : si vous décidez de “ monter ” une
expérience, il faudra écrire la liste (exacte) du matériel nécessaire pour la
donner aux préparateurs.
-
Des ordinateurs seront à
votre disposition avec (rapidement) des connexions à l’Internet.
-
Le CDI pourra vous permettre
de faire des recherches bibliographiques.
-
Eventuellement, une
bibliothèque universitaire (Lyon1) pourra vous accueillir (sur demande)
-
En terminale, les TI92 vous
donnent un outil de calcul puissant. (la classe concernée est équipée de
TI92)
La première séance de travail a permis
- aux enseignants d’expliquer le fonctionnement du travail
de l’année
- aux élèves de choisir un sujet dans la liste proposée en
concertation avec les enseignants qui ont donné des précisions à la demande.
La consigne donnée aux élèves était de constituer les groupes et de choisir
le sujet.
Pendant la deuxième séance, un cahier a été distribué à
chacun des groupes. Dans ce cahier, sont consigné l’ensemble des recherches
menées par le groupe. Le travail proprement dit a pu alors commencer.
Les élèves ont beaucoup utilisé Internet pour rechercher de la documentation. Une première surprise a été la grande méconnaissance du fonctionnement de l’Internet par les élèves de Terminale. C’est peut être lié à l’environnement socio-culturel du lycée, mais l’apprentissage des nouveaux moyens de communication me semble ne pas aller de soi. Un véritable travail, tant du point de vue technique (familiarisation avec l’outil informatique, compréhension du fonctionnement du réseau, des moteurs de recherche,…) que du point de vue des contenus (regard critique) est nécessaire.
Un travail important encadré par les enseignants a été de
faire le tri des informations, de choisir les informations pertinentes pour
le sujet traité, de vérifier les sources. Nous regrettons de ne pas avoir
suffisamment prévu l’importance de cette phase ; nous aurions pu, en
effet guider mieux les élèves dans l’organisation de leur recherche en leur
fournissant, par exemple ce type de grille issue d’un travail de la CELAIO de
l’Université Lyon1 et mise au point pour les projets professionnels des étudiants
de première année :
RECHERCHE DOCUMENTAIRE
Fiche de travail
SUIVI DES RECHERCHES EFFECTUEES
DOCUMENT |
LIEU DE LA RECHERCHE (nature, lieu, moyen d’accès) |
NATURE DU DOCUMENT (titre, auteur ou source, date) |
AXE DE LA RECHERCHE (secteur, métier ou fonction) |
CE QUE J’AI APPRIS (éléments susceptibles de faire
évoluer le choix de départ) |
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Cette phase de
recherche documentaire a cependant permis aux élèves de confronter leur
représentation a priori du sujet avec une réalité et par conséquent de
préciser le sujet traité. C’est là le deuxième point important du travail et
qui demande un temps long de maturation, d’erreurs, d’errances, de
reformulation, d’hésitations, pour certains de découragement. Le travail des
professeurs est alors délicat : ne pas trop en dire pour ne pas
“ tuer ” le TPE en restreignant trop fortement l’autonomie des
élèves et en dire suffisamment pour que le découragement ne s’installe pas
d’une façon durable.. Il n’en reste pas moins que c’est une phase longue et
délicate, angoissante pour les enseignants (“ ils ne vont arriver à
rien ! ”), mais indispensable pour le développement de l’autonomie
et l’acquisition de méthodes propres à mener à bien un projet.
Les premières séances de séminaire nous ont permis
d’encourager le travail en posant quelques questions pour faire préciser à
chacun des groupes son sujet. Mais c’est surtout par le suivi, semaine après
semaine du travail des groupes que, petit à petit une problématique claire a
pu s’exprimer.
Il y a deux aspects bien distincts de l’évaluation, tout
d’abord l’évaluation en cours de formation dont l’objectif est d’apporter une
aide aux élèves, de permettre à l’enseignant de guider le travail des élèves
et d’autre part une évaluation terminale permettant de noter un travail
réalisé. Nous nous sommes plus particulièrement attachés au premier aspect de
cette évaluation. Cependant les élèves ont été prévenus qu’une évaluation
serait portée sur le livret scolaire concernant les TPE. Cette évaluation
prendra en compte l’implication de chacun dans le travail, l’évolution du
groupe. La difficulté réside essentiellement, à mon sens, dans le fait que
cette évaluation porte sur un processus plus que sur un contenu. Un travail
de réflexion est donc encore nécessaire pour préciser à la fois les critères
d’évaluation et les indicateurs. On peut imaginer d’utiliser le “ cahier
de bord ” rempli à chaque séance par les élèves, à condition toutefois
de préciser l’utilisation qui sera faite de ce cahier et sans doute,
d’organiser l’écriture de ce cahier en fournissant aux élèves des outils
d’aide et de suivi. Pour notre part, nous avons donné au cahier de bord le
rôle de mémoire du groupe, les élèves inscrivant séance après séance le
travail fait en classe. Il n’a joué aucun rôle concernant l’évaluation ;
c’est un choix qui permet une écriture plus libre de la part des élèves
(notamment en ce qui concerne les fausses pistes !) et qui finalement
montre bien le véritable cheminement des travaux lorsqu’il a été rempli. La
critique étant bien sûr que le peu d’enjeu apparent à remplir ce cahier
pendant les séances a fait que des groupes n’ont pratiquement rien écrit.
En ce qui concerne
l’évaluation en cours de formation, nous avons utilisé les exposés
faits par les élèves à l’occasion des séminaires pour faire évoluer le
travail des groupes. A cet effet une grille d’évaluation a été mise au point.
Elle tentait de prendre en compte dans l’évaluation les deux niveaux (forme
et fond) en utilisant les critères suivants :
|
Précision du vocabulaire
scientifique utilisé. |
Distinction des statuts des
résultats fournis (théorèmes, conjectures, pistes de travail...) |
Présentation orale (utilisation
du tableau, d’un support...) |
Recherche documentaire |
citation des sources |
médias
utilisés (Internet,
livres, articles, journaux…) |
Groupe 1 |
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Exactitude des résultats |
Rigueur des preuves proposées. |
Pistes de travail |
Connaissance du dossier |
Groupe 1 |
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La difficulté d’utilisation d’une telle grille est
évidemment la mise en évidence d’indicateurs précis et clairs permettant de
pouvoir affirmer la réussite (ou l’échec) à l’un ou l’autre des critères
présentés. Si, pour certains critères ce travail est facile (en particulier
ceux concernant la forme), pour d’autres un travail de recherche est encore
nécessaire : par exemple, la rigueur des preuves proposées, ne peut être
prise en compte que lorsque le produit est fini, dans une phase intermédiaire
de recherche on peut imaginer comme très acceptable une preuve “ en
gros ” pourvu que l’élève en soit conscient ! Par ailleurs, des
éléments d’évaluation important ne sont pas du tout pris en compte :
autonomie des élèves, progrès réalisés tant du point de vue des connaissances
que du point de vue de la méthodologie,…
L’évaluation nous semble encore un sujet pour lequel un
travail est nécessaire.
Une fois le sujet délimité, un autre aspect du suivi du
projet est la détermination du but à atteindre, c’est à dire la production
attendue en fin de travail. En ce qui concerne l’expérience menée cette
année, le but de chaque groupe est différent suivant les projets et
l’évolution du travail. Ainsi, par exemple, un des groupes travaillant sur le
cadran solaire s’est donné comme but la réalisation effective d’un cadran sur
un des murs du lycée, et l’autre groupe écrit un mini mémoire expliquant
l’équation du temps. Il est évident que le but à atteindre est très lié à
l’évaluation finale du “ produit ” !
A cette période de l’année, nous n’avons pas encore un
recul suffisant pour pouvoir tirer tous les enseignements de cette
expérience. L’IREM de Lyon envisage de recueillir les avis des élèves et des
professeurs dans tous les établissements dans lesquels des expériences TPE se
sont déroulées et met au point actuellement un questionnaire. A suivre…
LEGT J. Brel LEGT Albert Camus Tél. : 04 72 44 81 24 Fax : 04 72 44 80 67 Référent : Gilles
ALDON professeur au Lycée Jacques Brel (IREM) |
Equipe : ALDON Gilles BETTON Serge LEFRANCOIS Bernard MASSIERA MIZONI Michel Acc. :
Annick Marty |
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