Recherche didactique sur l’enseignement de l’énergie

L’immersion des didacticiens

Le collectif de recherche, autour de la plateforme EDStar est accompagné depuis de nombreuses années par un ensemble de chercheurs en didactique des sciences (Physique, Mathématique et Chimie) dans une démarche immersive de type anthropologique, pour des questions relevant de l’étude de la transmission des savoirs autour de la thématique énergie.

Les séminaires de travail en résidence organisés à intervalles très réguliers par le groupe des chercheurs de la plateforme EDStar constituent pour les didacticiens des moments de travail privilégiés pour l’analyse et la compréhension affinée

  • des savoirs de référence dans les champs de recherche concernés ;
  • de leurs modes de diffusion vers tous les types de publics.

Motivations didactiques

La reformulation de la physique en terme de balayage statistique d’un espace de chemins modifie considérablement le rapport intuitif à l’objet d’étude, y compris chez les spécialistes des domaines concernés. Cette idée, en filiation directe avec le travail de reformulation de l’électrodynamique quantique initiée par Feynman, dans les années 50, avait déjà produit des effets équivalents et permis un renouveau des éléments descriptifs du corpus théorique, aux conséquences importantes dans l’enseignement du champ disciplinaire.

Du point de vue didactique et dans le présent contexte la compréhension détaillée des mécanismes qui conduisent par exemple, lors du balayage statistique de l’espace probabilisé, à favoriser ou au contraire interdire certains chemins ouvre de nouvelles perspectives pour de multiples situations d’enseignement-apprentissage autour des questions de l’énergie.

Le simulateur thermique : un changement de perspective pour les didacticiens

Le démonstrateur permet de façon très générale d’accéder à un ensemble de ressources pour une entrée étagée vers la plateforme. De façon plus spécifique, la conception du démonstrateur inclut depuis le début du matériel didactique reposant sur des exemples canoniques et des outils ad-hoc pour assurer aussi bien l’autoformation que l’intégration dans des formations à tout niveau.

Parmi les outils développés dans le démonstrateur, le simulateur thermique, originellement pensé pour illustrer les idées de recherche sur la reformulation et ses conséquences calculatoires, a rapidement acquis un tout autre statut aux yeux de l’équipe didactique. Très indépendamment de la plateforme, ils ont imaginé l’emploi de cet outil en situation d’enseignement tout public pour ses originalités en termes

  • de souplesse de simulation (technologie web accessible sur tout support, téléphone, tablette, etc) ;
  • d’illustration des transferts d’énergie par la visualisation des chemins et des processus physiques couplés associés ;
  • de capacités de séduction et d’accroche du fait de la proximité avec l’univers du cinéma et du jeu vidéo ;
  • de potentialités d’extension vers des stratégies d’apprentissage de type «serious game» (exploration, analyse systémique, résolution de problème).

Un travail de recherche spécifique sur l’enseignement de l’énergie

En parallèle de la construction du simulateur thermique, plusieurs expériences didactiques ont été réalisées sur des publics divers (élèves de Lycées, étudiants de licence/Master/Ecole d’ingénieur, formation continue, formation initiale des professeurs de physique-chimie) par les physiciens et didacticiens de la plateforme. Le corps d’inspection régionale de sciences physiques de l’éducation nationale a été informé régulièrement de ces expériences et manifeste un intérêt certain à suivre le développement de la diffusion de ces idées dans le cadre de l’enseignement de l’énergie dans le secondaire général, technologique et professionnel. La maison pour la science de Midi-Pyrénées (institution de formation initié par l’académie des sciences et financé pour partie par l’UFT) programme des actions de formations sur l’énergie en appuie du collectif des chercheurs de la plateforme EDStar.

Du point de vue didactique, l’enseignement et l’étude de l’énergie est un thème qui fait l’objet de nombreuses publications (https://journals.openedition.org/rdst/916) en raison de difficultés propres à ce concept et à son utilisation dans des domaines divers avec des significations différentes, et en rapport avec des objets divers.

Le travail de recherche initié dans ce contexte, incluant le simulateur thermique comme un élément d’appréciation des perspectives, a pour objectif d’étudier du point de vue didactique le jeu des contraintes et les conditions qui président à l’apprentissage de savoirs relatif à l’énergie dans le champ de la physique via la reformulation en espace de chemin et la capacité à balayer cet espace par des méthodes statistiques.

Plan de réalisation

Pour déterminer les conditions d’implémentation d’une ingénierie originale d’enseignement de l’énergie dans diverses institutions d’enseignement et de formation (enseignement secondaire/supérieur, formation initiale/continue), il est nécessaire d’examiner à plusieurs échelles temporelles la nature des savoirs en jeu dans l’institution considérée. Ce travail est réalisée à partir, entre autres, du cadre de la transposition didactique et de celui de l’action didactique conjointe, dont l’approche pragmatiste est la plus adaptée à décrire une situation originale de transmission de savoirs en cours d’élaboration du fait de la proximité avec la recherche académique. Il est prévu en particulier :

  • L’élaboration d’une version du démonstrateur à destination d’un public ciblé en lien avec les contenus et démarches d’enseignement et de formation de l’énergie attendus par l’institution correspondante. Ce travail nécessite d’analyser les processus transpositifs réalisés à partir des idées initiales de reformulation en espace de chemin et des choix descriptifs en terme statistique, vers une programmation progressive de contenus et démarches d’enseignement.
  • La conception collaborative d’une ingénierie didactique visant à l’enseignement de l’énergie en appui des travaux de didactique de l’énergie et sur l’enseignement médié par simulateur. Nous travaillons à concevoir dans une démarche itérative (conception/mise en œuvre) un dispositif d’enseignement adapté au public ciblé, en conformité avec les attendus institutionnels sur l’enseignement de l’énergie.

Retombées potentielles

  • Pour la recherche académique dans les champs disciplinaires de départs : travail critique sur les recherches conduites jusqu’ici sur l’énergie, moyens de diffuser ces savoirs académiques vivants à l’extérieur de la communauté scientifique.
  • Pour l’enseignement : propositions d’ingénieries didactique nouvelle à destination de la communauté enseignante et de contenus de programme sur l’énergie.
  • Pour la société : formation très élargie du citoyen sur les questions vives autour de la problématique de l’énergie.
  • Créer et développer une dimension “ressources pour l’enseignement” sur la plateforme EDStar.