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GRIESP juillet 2014 1 Table des matières 1. Introduction ......................

GRIESP juillet 2014 1 Table des matières 1. Introduction .............................................................................................................................. 3 2. Quels sont les contours d’une activité de résolution de problèmes en physique-chimie ?3 2.1 La résolution de problèmes dans les programmes de lycée .................................................... 3 2.2 La résolution de problèmes sous l’éclairage des compétences................................................ 4 2.3 « Réussir » une résolution de problème .................................................................................. 5 3. Quels sont les intérêts pédagogiques d’une activité de résolution de problèmes en physique-chimie ? .......................................................................................................................... 6 3.1 Du point de vue de l’élève ....................................................................................................... 6 3.1.1 Raisonner à sa façon ........................................................................................................ 6 3.1.2 Se tromper pour progresser .............................................................................................. 6 3.1.3 Travailler autrement .......................................................................................................... 6 3.2 Du point de vue du professeur ................................................................................................. 6 4. Comment former les élèves à la résolution de problèmes en physique-chimie ? .............. 7 4.1 Une programmation à prévoir .................................................................................................. 7 4.2 Travailler les capacités dans un cadre « complexe » ............................................................... 7 4.3 Les phases incontournables de la résolution de problèmes ..................................................... 8 4.4 L’organisation du travail en classe ........................................................................................... 8 5. Comment évaluer les élèves lors de résolution de problèmes en physique-chimie ? ........ 8 5.1 Une évaluation nouvelle .......................................................................................................... 8 5.1.1 La problématique de l’évaluation ....................................................................................... 8 5.1.2 L’auto évaluation est possible ........................................................................................... 9 5.2 Une évaluation fondée sur les compétences ........................................................................... 9 5.2.1 Attribution d’un niveau de maîtrise pour chaque compétence ........................................... 9 5.2.2 Etablissement d’un tableau récapitulatif des niveaux de maîtrise des compétences ....... 10 5.2.3 Attribution d’une note au regard des niveaux de maîtrise des compétences ................... 10 6. Quelques exemples de résolutions de problèmes de la seconde à la terminale S ........... 10 6.1 La conception d’une résolution de problème.......................................................................... 10 6.2 La banque de ressources proposée par le GRIESP .............................................................. 11 6.2.1 Plusieurs « niveaux » pour chaque résolution de problème ............................................. 11 « Résoudre un problème de physique-chimie dès la seconde » (Griesp) GRIESP juillet 2014 2 6.2.2 Les choix qui ont motivé la conception des ressources ................................................... 11 6.2.3 Liste des ressources proposées ...................................................................................... 11 7. Une bibliographie - sitographie sur la résolution de problèmes ........................................ 13 7.1 Ouvrages ............................................................................................................................... 13 7.2 Sitographie ............................................................................................................................ 13 7.2.1 Sites nationaux et internationaux .................................................................................... 13 7.2.2 Sites académiques .......................................................................................................... 13 8. Membres du Griesp ............................................................................................................... 14 9. Annexes ........................................................................................................................... 15-237 GRIESP juillet 2014 3 1. Introduction La résolution de problèmes a été explicitement introduite dans le nouveau programme de spécialité de la classe de terminale S entré en application à la rentrée scolaire 2012. L’aptitude à résoudre un problème fait partie des grandes compétences du XXIème siècle, compétences qui devront être construites dans les écoles de demain. D’après l’OCDE1, on constate ces dernières décennies une forte augmentation des emplois requérant de solides compétences en résolution de problèmes. Dans le cadre de l’évaluation internationale PISA2 2012, les performances des élèves de 15 ans en résolution de problèmes ont été évaluées. Dans le contexte de PISA, la résolution de problèmes est définie comme « la capacité d’un individu à s’engager dans un traitement cognitif pour comprendre et résoudre des problèmes, en l’absence de méthode de solution évidente, ce qui inclut sa volonté de s’engager dans de telles situations pour exploiter tout son potentiel de citoyen constructif et réfléchi ». Il faut souligner que les problèmes mis en œuvre dans cette évaluation internationale sont a priori conçus pour s’affranchir des connaissances des domaines classiques évalués par PISA comme la compréhension de l’écrit, la culture mathématique et la culture scientifique. Ce n’est pas le parti pris pour ce qui concerne la résolution de problèmes en physique-chimie, celle-ci doit s’appuyer de fait sur les connaissances et savoir-faire exigibles des programmes de lycée, ce qui la différencie de manière significative du cadre identifié par PISA même si les compétences mobilisées sont similaires. La formation à la résolution de problèmes doit s’inscrire dans un continuum qui va du collège, où les élèves se voient proposer des « tâches complexes » et des démarches d’investigation, à l’enseignement post-baccalauréat, avec l’introduction de la résolution de problèmes en classes préparatoires aux grandes écoles et dans certaines universités. Pour faciliter cette transition, ce document prend résolument le parti d’inciter les professeurs à débuter la formation des élèves à la résolution de problèmes dès la classe de seconde. Ainsi, certains des exemples proposés sont destinés à des élèves de seconde ; d'autres sont à l’intention des élèves de première ou de terminale. Ce document vise à proposer aux professeurs des pistes et des exemples pour former les élèves à la résolution de problèmes. Les suggestions formulées n’ont naturellement aucun caractère normatif ou prescriptif, les questions des compétences mobilisées et de l’évaluation formative ou sommative seront également traitées car elles sont indissociables d’un apprentissage efficace et structuré. Remarquons enfin que cette contribution sera complétée ultérieurement par un document traitant des « approches documentaires3 » (analyses et/ou synthèses de documents scientifiques). 2. Quels sont les contours d’une activité de résolution de problèmes en physique-chimie ? 2.1 La résolution de problèmes dans les programmes de lycée Ce type d’activité est décrit dans le préambule du programme de physique-chimie de terminale S dans les termes suivants : « En plaçant l’élève en situation de recherche et d’action, cet enseignement [de spécialité] lui permet de consolider les compétences associées à une démarche scientifique. L’élève est ainsi amené à développer trois activités essentielles chez un scientifique : - la pratique expérimentale ; - l’analyse et la synthèse de documents scientifiques ; - la résolution de problèmes scientifiques. 1 http://www.oecd.org/pisa/keyfindings/PISA-2012-PS-results-fre-FRANCE.pdf 2 On pourra consulter la note de la DEPP numéro 8 d’avril 2014. 3 La « porosité » entre les deux démarches (approche documentaire et résolution de problèmes) est soulignée dans ce texte de présentation. GRIESP juillet 2014 4 … Lors de la démarche de résolution de problèmes scientifiques, l’élève analyse le problème posé pour en comprendre le sens, construit des étapes de résolution et les met en œuvre. Il porte un regard critique sur le résultat, notamment par l’évaluation d’un ordre de grandeur ou par des considérations sur l’homogénéité. Il examine la pertinence des étapes de résolution qu’il a élaborées et les modifie éventuellement en conséquence. Il ne s’agit donc pas pour lui de suivre les étapes de résolution qui seraient imposées par la rédaction d’un exercice, mais d’imaginer lui-même une ou plusieurs pistes pour répondre à la question scientifique posée.... ». On comprend bien qu’il s’agit là d’offrir aux élèves des situations adaptées aux objectifs visés en matière de maîtrise des compétences et s’inspirant modestement de l’activité authentique d’un scientifique. 2.2 La résolution de problèmes sous l’éclairage des compétences D’un point de vue pédagogique, ce type d’activité s’apparente à une tâche complexe, c’est-à-dire une tâche dont la résolution amène l’élève à utiliser, en les articulant, des ressources internes (culture, capacités, connaissances, etc.) et externes (documents, aides méthodologiques, protocoles, notices, recherches sur Internet, etc. ). Cette tâche complexe demande à l’élève de mettre en œuvre un ensemble de capacités et de compétences variées ciblées par le professeur ; le tableau4 ci-dessous, propose une synthèse organisée mais non exhaustive de celles-ci. Compétence Exemples de capacités associées S’approprier le problème. Faire un schéma modèle. Identifier les grandeurs physiques pertinentes, leur attribuer un symbole. Évaluer quantitativement les grandeurs physiques inconnues et non précisées. Relier le problème à une situation modèle connue. … Établir une stratégie de résolution (analyser). Décomposer le problème en des problèmes plus simples. Commencer par une version simplifiée. Expliciter la modélisation choisie (définition du système, …). Déterminer et énoncer les lois physiques qui seront utilisées. … Mettre en œuvre la stratégie (réaliser). Mener la démarche jusqu’au bout afin de répondre explicitement à la question posée. Savoir mener efficacement les calculs analytiques et la traduction numérique. Utiliser l’analyse dimensionnelle. … 4 Ces compétences ont été identifiées dans le document de l’IGEN « Recommandations pour la conception de l’épreuve écrite de physique-chimie du baccalauréat S » publié en décembre 2013 et dans les nouveaux programmes de physique et de chimie de CPGE appliqués en première année à la rentrée 2013 et en deuxième année à la rentrée 2014. Document téléchargeable à l’adresse suivante : http://www.cndp.fr/portails-disciplinaires/fileadmin/user_upload/Physique- chimie/PDF/Recommandations_pour_l_epreuve_ecrite_du_bac_S_15-12-2013.pdf GRIESP juillet 2014 5 Avoir un regard critique sur les résultats obtenus (valider). S’assurer que l’on a répondu à la question posée. Vérifier la pertinence du résultat trouvé, notamment en comparant avec des estimations ou ordres de grandeurs connus. Comparer le résultat obtenu avec le résultat d’une autre approche (mesure expérimentale donnée ou déduite d’un document joint, simulation numérique, …). Étudier des cas limites plus simples dont la solution est plus facilement vérifiable ou bien déjà connue. … Communiquer. Présenter la solution ou la rédiger en expliquant le raisonnement et les résultats. … Il convient de souligner que la compétence « être autonome, faire preuve d’initiative », non mentionnée ci-dessus, est transversale. Elle est souvent mobilisée sur l'ensemble de l’activité de résolution de problèmes et elle participe à la définition du niveau de maîtrise des autres compétences. On peut dégager quelques invariants concernant la résolution de problèmes scientifiques où l’élève, confronté à une question précise, est amené à : - prendre des décisions : sachant uploads/Management/ resolution-problemes-griesp.pdf