Peut-on enseigner la relativité générale et la cosmologie moderne au secondaire II ?

La plupart des notions enseignées au secondaire II en physique appartiennent à la physique classique pré-einsteinienne… alors que la biologie enseignée dans ces mêmes niveaux incorpore de très larges apports de la recherche récente – plus de la moitié de ce qui s’enseigne dans certains chapitres comme la génétique ou l’immunologie n’était pas connu lorsque les enseignants de biologie les plus expérimentés ont fait leurs études !

On évoque en général la complexité et l’abstraction ainsi l’importante part des mathématiques de la physique contemporaine pour justifier ces choix dans les programmes.

La transposition didactique (Chevallard, 1991) est le processus qui, partant des savoirs de recherche, filtre et transforme les savoirs pour en faire des savoirs enseignables. Des autorités scolaires définissent des plans d’études, des commissions établissent une progression, les enseignants apprêtent ces contenus à leur manière. A chaque étape, les contraintes des situations et les valeurs des acteurs transforment et sélectionnent la matière enseignée. Chevallard suggère que ces transformations sont inévitables et ne sont pas une dégradation, mais une adaptation à un autre milieu. En effet, les savoirs qu’on retrouve en classe doivent avoir certaines caractéristiques : par exemple, ils peuvent être clairement identifiés, conduisent à de nombreuses activités et exercices et sont aisés à évaluer.

Un groupe de chercheurs et d’enseignants avec le prof. A. Mueller et la Dr Alice Gasparini  essaie d’introduire au secondaire II des chapitres choisis de la physique moderne sans les dénaturer : Cosmologie Moderne et Relativité Générale.

Ils vous proposent de participer à cette exploration:

http://tecfa.unige.ch/perso/lombardf/projets/experimental/images/unige-sciences250.jpg

Objet : Matériel didactique sur la Cosmologie Moderne et la Relativité Générale pour le
secondaire II (MaDiCMRG)
Chers collègues,
A chaque époque de l’histoire humaine, les modèles cosmologiques ont occupé aussi bien les philosophes que les scientifiques, car ils touchent depuis la nuit des temps aux questions fondamentales de qui nous sommes et dans quel monde nous vivons. Aujourd’hui la cosmologie est une des branches particulièrement attractive pour tout public, qu’il soit jeune ou plus âgé.
Pourquoi alors ne pas utiliser ce levier pour renouveler l’enseignement de la physique en introduisant des activités sur la Cosmologie Moderne (CM) ? Cela permettrait entre autres de donner aux élèves une idée de l’évolution de la démarche scientifique pendant ce dernier siècle. En effet, c’est d’une part grâce aux dernières avancées technologiques (par exemple celles qui ont permis les premières détections directes d’ondes gravitationnelles) et d’autre part aux observations par des satellites comme Hubble ou Planck, qu’en quelques dizaines d’années la cosmologie est passée d’un statut de branche secondaire de l’astrophysique à celui de science exacte découvrant les extraordinaires surprises que nous offre l’univers. Ainsi, les expériences de CM, menées par des collaborations de plusieurs centaines de scientifiques et se prolongeant sur des dizaines d’années, feront bientôt appel aux nouvelles générations. Il est donc important d’informer les jeunes d’aujourd’hui des enjeux et des difficultés de la recherche fondamentale.
La CM est aussi une science récente d’un point de vue conceptuel, elle dérive directement de la conception nouvelle et révolutionnaire de l’espace-temps issue de la Relativité Générale (RG), avec des éléments de Mécanique Quantique. Or, le formalisme mathématique qui décrit ces théories reste peu accessible même au niveau gymnasial, raison pour laquelle la CM est écartée des programmes du secondaire II.
Dans cette perspective, à l’occasion du centenaire de la RG, le projet pédagogique SwissMAP de l’Université de Genève a développé du matériel didactique ayant comme fil conducteur la CM, visant l’introduction de certaines notions de RG et plus généralement de physique moderne dans le cursus scolaire. Ce matériel est constitué d’un cours complet d’introduction à la CM pour l’option complémentaire (OC), complétant l’enseignement classique de physique. Il vise à établir un lien entre le monde de la physique moderne et l’école, au delà de la vulgarisation grand public. Un effort didactique a permis de réduire le background mathématique à un niveau gymnasial, entre le « sans formules » de la vulgarisation et celui d’un cours universitaire. Ce choix permet d’approfondir l’appropriation des notions et de maintenir un lien entre le formalisme mathématique et l’intuition physique.
Le cours se compose de huit chapitres, chacun incluant une partie théorique et des activités annexes avec corrigés. Même s’il existe un ordre naturel dans la succession des chapitres, chacun peut être pris de manière indépendante. De plus, parmi l’ensemble des activités, certaines sont prévues pour être adaptées et/ou traitées ponctuellement dans le contexte d’autres cours, en physique discipline fondamentale (DF) ou en applications mathématiques (AM), ou encore comme lecture d’introduction d’un travail de maturité (TM). Le cours a déjà été testé sur le terrain en 4e OC dans un collège genevois.
Pour l’améliorer, nous recherchons des enseignants du secondaire II gymnasial qui acceptent :
1) prendre connaissance du matériel didactique et faire part de leurs critiques/suggestions/corrections,
2) tester une partie des activités en classe, idéalement dans un cours OC.
Tout maître intéressé pourra contacter Mme Alice Gasparini (alice.gasparini@unige.ch) pour plus de renseignements.
Avec nos plus cordiales salutations,
Alice Gasparini et Andreas Mueller
Les activités sont disponibles ici


Fig 1: un exemple d’activité tiré de ces documents  source Serie 09 Ondes gravitationnelles.pdf

Sources

  • Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 lre ed.). Grenoble: La Pensée sauvage.
23 V 19 Mise à jour du lien d’accès aux activités
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