Le MRUA :-)
Le MRUA :-) La description mathématique du mouvement d'un projectile sous l'effet de la gravité en négligeant la friction de l'air et des tas d'autres
Cinématique
21 Comment passez-vous de l'équation horaire d'un MRUA à sa forme abrégée ? III.22 Une vitesse moyenne est-elle toujours la moyenne de la vitesse initiale et de
5G3 – Mécanique
e) Appliquer les formules trouvées dans le cas suivant : m = 80 kg l = 100 Un corps de 10 kg est en MRUA avec une accélération de 5 m/s² .Quelle est la ...
2. VV Vc xc xV
Corrections de la série 2 d'exercices de cinématique (MRUA) page 4 / 4. 8. ∆) = )2 - )1 ; ∆ = 2 - 1. Les trois formules de bases du MRUA sont : ). 1$ (. 1. 2.
CHAPITRE I : FORCES ET MOUVEMENTS
Sur la Terre un corps qui tombe décrit un mouvement rectiligne uniformément accéléré (M.R.U.A.) avec une force constante quel que soit le corps. La force d'
1.2. Le mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA
Corps lancé avec vitesse initiale de haut en bas : élaboration des formules interprétation. 1.2. Le mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA).
Exercices corrigés de mouvement rectiligne uniforme
formule à notre disposition: (Delta x = v Delta t) ou (x(t)=x(0)+vt)MRUA: deux formules à notre disposition: . (x_{chien}(t) = x_{chien}(0)+v_{chien ...
Fonctions dérivables et dérivées
Comprendre les formules du. MRUA et apprendre à calculer une vitesse instantannée constituent donc nos premières raisons d'étudier en détail ces limites
Resum de fórmules (Cinemàtica II) Moviments
Resum de fórmules (Cinemàtica II). Moviments. MOVIMENT RECTILINI UNIFORME (MRU) MRUA on a=g=98m/s2 i v0>0. 4
Cours de Physique
Nous avons affaire à un mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA en abrégé). Établissons la formule qui permettra de calculer la distance parcourue par
Le MRUA :-)
Le MRUA :-) La description mathématique du mouvement d'un projectile sous l'effet de la gravité en négligeant la friction de l'air et.
CHAPITRE I : FORCES ET MOUVEMENTS
Le mouvement sera accéléré MRUA si la vitesse augmente Le mouvement d'un corps en chute libre est un MRUA : l'accélération est constante et appelée.
5G3 – Mécanique
Formules du MRUV o o. a.t² d = V .t +. 2. V = V + a.t. Distance parcourue. Vitesse. 1.3 Chute libre (sans frottements). Un corps en chute libre est en MRUA
CINEMÀTICA. ELS MOVIMENTS MRU MRUA
Utilitza diverses fórmules. MRUA. Sense vi. Amb vi. MRUA Sense velocitat inicial. És el cas de començar el moviment tenint la moto parada en un semàfor
Fórmulas y ecuaciones Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU
Fórmulas y ecuaciones. Movimiento Rectilíneo. Uniforme (MRU). Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado. (MRUA). Movimiento Circular. Uniforme (MCU).
TIR OBLIQUE DUN PROJECTILE
animée dsun MRUA. Or le cours de physique nous fournit les formules suivantes pour trouver la position dsun mobile en fonction du temps :.
UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE Faculté déducation Doctorat en
Dans un MRUA la relation mathématique associée au graphique vitesse-temps est une relation proportionnelle. Dans un MRUA
CINEMATIQUE ANALYTIQUE Équations du mouvement
MRU (Mouvement Rectiligne Uniforme). • MRUA (Mouvement Rectiligne Uniformément accéléré) Une formule 1 effectue un 1000 m départ arrêté
Fonctions dérivables et dérivées
dans les formules du MRU et du MRUA listées ci-dessus) et comment la calcule-t-on ? Pour construire la défintion de vitesse instantannée
La chute libre de la pomme de Newton
constante tout autre type de mouvement présente une accélération centripète due au changement de direction et/ou de norme de la vitesse. Page 18. Le MRUA :-).
[PDF] Le MRUA :-)
Le MRUA :-) La description mathématique du mouvement d'un projectile sous l'effet de la gravité en négligeant la friction de l'air et
[PDF] CHAPITRE I : FORCES ET MOUVEMENTS
1) Pourquoi appelle-t-on le mouvement du train un mouvement rectiligne uniforme (MRU) ? 2) Tracer le graphe de la distance en mètres en fonction du temps en
[PDF] 9782807328396pdf - Furet du Nord
À partir de cette formule on peut déterminer l'équation de la position Le MRUA est un mouvement où l'accélération au cours du temps reste constante
Démonstrations des formules du MRUA - Alloprof
Démonstrations des formules du MRUA · Démonstration de la formule vf=vi+a??t v f = v i + a ? ? t · Démonstration de la formule ?x=vi??t+12?a??t2 ? x =
[PDF] La cinématique
3 2 3 MRU : conclusions 1 Le graphique x = f(t) est une droite passant par la valeur x0 Rappel sur l'équation d'une droite mathématique physique
[PDF] Mécanique
1 1 MRU Le mouvement est uniforme si sa vitesse est constante Formules du MRUV Un corps en chute libre est en MRUA avec une accélération a = g
[PDF] Chapitre 2: Mouvements Rectilignes - ALlu
Le mouvement est rectiligne et uniformément varié (MRUV) ? l'accélération a Voilà les formules générales du MRU (à retenir absolument !)
3-Le Mrua PDF Accélération Vitesse - Scribd
de mouvement rectiligne uniformément accéléré (MRUA) ou décéléré Remarque : dans un MRU l'accélération est nulle la formule devient donc :
[PDF] Cinématique de translation : mouvement rectiligne 41 Introduction
Comme on a choisi de placer l'axe des « y » vers le haut alors ay = -981 m/s2 (c'est une constante) Donc la chute libre est un MRUA (mouvement rectiligne
UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE
Faculté d'éducation
Doctorat en éducation
MODÈLES ET MODÉLISATION EN PHYSIQUE DANS LES PRATIQUES D'ENSEIGNEMENT D'ENSEIGNANTS QUÉBÉCOIS DU SECONDAIRE : LE CAS DE LACINÉMATIQUE
LES ANNEXES
Par Patrick Roy
Thèse présentée à la Faculté d'éducation en vue de l'obtention du grade dePhilosophiae Doctor (Ph.D.)
Septembre 2018
© Patrick Roy, 2018
2TABLE DES MATIÈRES
ANNEXE 1- DÉVELOPPEMENT D'APPROCHES CYCLIQUES DE MODÉLISATION DANSLE DOMAINE DE LA PHYSIQUE ........................................................................................... 4
ANNEXE 2- FACETTES DE SAVOIR FONDAMENTALES POUR L'APPRENTISSAGE DUDOMAINE DE LA CINÉMATIQUE EN 5
E SECONDAIRE.................................................... 14 ANNEXE 3- LETTRE D'INFORMATION ET FORMULAIRE DE CONSENTEMENT POURLES ENSEIGNANTS ............................................................................................................... 25
ANNEXE 4- LETTRE D'INFORMATION ET FORMULAIRE DE CONSENTEMENT POUR PERSONNES MINEURES (CONSENTEMENT PARENTAL) ............................................... 28 ANNEXE 5- GUIDE D'ENTREVUE PRÉENREGISTREMENT ............................................. 31 ANNEXE 6- GUIDE D'ENTREVUE POSTENREGISTREMENT .......................................... 36 ANNEXE 7- PROTOCOLE POUR LES ENREGISTREMENTS VIDÉO ................................ 38 ANNEXE 8- DOCUMENT DE LABORATOIRE UNE DESCENTE EN PLANCHE À NEIGE DANS LA SÉQUENCE D'ENSEIGNEMENT DE L'ENSEIGNANTE 1 ................................. 40 ANNEXE 9- DOCUMENT DE LABORATOIRE LA SOUQUE À LA CORDE SCIENTIFIQUE DANS LA SÉQUENCE D'ENSEIGNEMENT DE L'ENSEIGNANTE 1 ................................. 49 ANNEXE 10- DOCUMENT DE LABORATOIRE LA CINÉMATIQUE ET LA DYNAMIQUE EN APPRENTISSAGE COOPÉRATIF DANS LA CLASSE DE L'ENSEIGNANT 2 ............. 53 ANNEXE 11- QUESTIONNAIRE D'ENQUÊTE SUR LES CONNAISSANCES DE BASE DESÉLÈVES DE 5
E SECONDAIRE EN PHYSIQUE (CINÉMATIQUE) ....................................... 67 ANNEXE 12- CONTENUS DISCIPLINAIRES ASSOCIÉ S AUX QUESTIONS DE QUESTIONNAIRE D'ENQUÊTE DES CONNAISSANCES DE BASE DES ÉLÈVES DE 5 ESECONDAIRE EN PHYSIQUE CINÉMATIQUE ................................................................... 84
ANNEXE 13- QUATRE CONTEXTES DE TRAITEMENT DES THÈMES DISCIPLINAIRESPOUR L'ENSEIGNEMENT DE LA PHYSIQUE ..................................................................... 85
ANNEXE 14- RESSOURCES DIDACTIQUES UTILISÉES PAR LES ENSEIGNANTS ET LESÉLÈVES DANS LES SÉQUENCES D'ENSEIGNEMENT ...................................................... 86
ANNEXE 15- PROCESSUS DE PENSÉE SELON 6 DOMAINES COGNITIFS D'ANDERSON ET KRATHWOHL (ANDERSON & AL., 2001 ; KRATHWOHL, 2002) ................................. 87 ANNEXE 16- RAPPORT STATISTIQUE SOMMAIRE SUR LA COL LECTION D ES FACETTES DE SAVOIR ACCÉLÉRATION POUR L'ENSEIGNANTE 1 ............................. 88 ANNEXE 17- DESCRIPTION À L'ÉCHELLE MÉSOSCOPIQUE DES ONZE SÉANCES DE LA SÉQUENCE D'ENSEIGNEMENT DE L'ENSEIGNANTE 1 ............................................ 89 ANNEXE 18- DESCRIPTION À L'ÉCHELLE MÉSOSCOPIQUE DES QUATROZE SÉANCES DE LA SÉQUENCE D'ENSEIGNEMENT DE L'ENSEIGNANT 2....................................... 107 3 ANNEXE 19- MATRICES DES FACETTES DE SAVOIR DE L'ENSEIGNANTE 1 ........... 123 ANNEXE 20- MATRICES DES FACETTES DE SAVOIR DE L'ENSEIGNANT 2 .............. 137 ANNEXE 21- DESCRIPTIONS SPÉ CIFIQUES DES TÂCHES ÉPISTÉMIQUES DEL'ENSEIGNANTE 1 .............................................................................................................. 149
ANNEXE 22- RÉSULTATS ASSOCIÉS AUX GROUPES DE FACETTES DE SAVOIR DEL'ENSEIGNANTE 1 .............................................................................................................. 158
ANNEXE 23- DESCRIPTIONS SPÉC IFIQUES DES TÂCHES ÉP ISTÉMIQUES DEL'ENSEIGNANT 2................................................................................................................. 172
ANNEXE 24- CONCEPTION DE LA DÉMARCHE DE MODÉLIS ATION CHE ZL'ENSEIGNANT 2................................................................................................................. 181
ANNEXE 25- RÉSULTATS ASSOCIÉS AUX GROUPES DE FACETTES DE SAVOIR DEL'ENSEIGNANT 2................................................................................................................. 187
ANNEXE 26- MATRICES DES FACETTES DE SAVOIR SIMPLIFIÉES ASSOCIÉES AUX QUESTIONS DU QUESTIONNAIRE SUR LES CONNAISSANCES DE BASE DES ÉLÈVESEN PHYSIQUE CINÉMATIQUE ........................................................................................... 199
ANNEXE 1- DÉVELOPPEMENT D'APPROCHES CYCLIQUES DE MODÉLISATIONDANS LE DOMAINE DE LA PHYSIQUE
Après l'analyse d'un certain nombre de schémas d'experts pour résoudre des problèmes de physique,
Clement (1989) a développé un cycle de construction du modèle (" model construction cycle ») afin que
les enseignants de sciences puissent concevoir de s séque nces d'enseignement qui engagentintellectuellement les élèves dans une conception et une r évision progres sives des modèles au sein
d'investigations scientifiques (figure 1). Contrairement au cycle d'apprentissage de Karplus, le cycle de
construction du modèle proposé par Clement n'est pas linéaire, mais plutôt itératif. Dans ce processus, le
modélisateur est appelé à se construire une meilleure représentation d'un phénomène comporte par trois
phases essentielles : la phase de formulation d'une conjecture, la phase d'évaluation de la conjecture et la
phase de modification ou de rejet de la conjecture. Sa dimension itérative permet des allers-retours entre
trois phases et par lesquelles le modèle initial subit une série de raffinements successifs : la construction
d'un modèle initial fondée sur des observations et des analogies ; l'évaluation rationnelle ou empirique du
modèle ; le rejet ou la modification du modèle. Figure 1- Cycle de modélisation de Clement (1989)Le cycle proposé par Clement (1989) constitue une tentative de proposer un modèle simplifié du
processus de modélisation en sciences pour l'éducation scientifique en se centrant sur le processus de
développement des hypothèses dans la construction des modèles scientifiques. Le schéma montre au moyen
de flèches à sens unique et à double sens la dimension itérative de ce processus à trois moments clés. Dans
la formulation d'une conjecture, l'élève est appelé à construire un modèle hypothétique initial (étiquette C
sur la figure 1) en s'appuyant sur des observations initiales (étiquette A sur la figure 1) et des analogies
issues de situations familières (étiquette B sur la figure 12). Clement (1989) souligne que les flèches à double
sens entre " Faire des observations initiales » (étiquette A sur la figure 1), " Activer des analogies possibles
et des éléments reliés au modèle » (étiquette B sur la figure 12) et " Construire le modèle initial » (étiquette
C sur la figure 1) mettent en évidence l'idée que la construction du modèle ne se fait pas seulement de
manière inductive en s'appuyant sur des observations initiales, mais que les observations initiales peuvent
être également guidées par le modèle initial qui constitue en quelque sorte une mise en conjecture du
phénomène à l'intéri eur d'une théorie. Pour Clement (1989), la c onstruction de ce premier modèle
hypothétique initial renvoie à la première représentation conjecturale qu'un scientifique peut se faire à la
structure ou au processus implicite ou caché associé un phénomène, ce que certains auteurs comme Peirce
(Frankfurt, 1958) et Hanson (1958) désignent par le terme " "abduction" (ou rétroduction) pour décrire le
processus de formulation d'une hypothèse qui, si elle était vraie, serait responsable du phénomène en
5 question. » (Clement, 1989, p. 347) 1 . Dans la phase d'évaluation de la conjecture, le modèle hypothétiqueinitial fait l'objet d'une évaluation. Cette évaluation peut se réaliser de deux manières, soit au moyen de
tests empiriques (étiquette F sur la figure 1) qui permettent de confirmer ou de réfuter l'hypothèse, soit au
moyen d'une évaluation rationnelle qui permet de confirmer ou de réfuter l'hypothèse sur la base de sa
compatibilité ou de son incohérence avec d'autres théories établies. Si un modèle hypothétique est évalué
négativement dans l'une ou l'autre des deux formes d'évaluation, il peut être amélioré au lieu d'être
complètement rejeté, et par conséquent , tout modèle hypothétique initial fait l'obje t d'une séri e de
modifications et de raffinements successifs à l'intérieur de cycles répétés de tests rationnels et empiriques
2Comme le souligne Clement (1989), si la phase d'évaluation ne peut garantir au modélisateur une totale
confirmation du modèle construit, elle peut néanmoins le conduire à argumenter sur la plausibilité de ce
modèle en relation avec la théorie dans laquelle il s'inscrit. Enfin, dans la phase de modification et de rejet,
le modèle initial peut être modifié ou rejeté complètement.La dimension itérative et sans fin de ce cycle de modélisation montre qu'idéalement, les théories
scientifiques sont toujours ouvertes à de nouvel les critiques , c'est-à-dire que les nouvea ux modèle s
construits au sein des processus de modélisation peuvent ébranler les fondements des théories de manière à
en produire de nouvell es 3 , mais cet aspect dépas se largement l es finalités éducati ves, du moi ns dansl'enseignement secondaire. Toutefois, si les cadres théoriques des scientifiques peuvent avoir une influence
dans le processus de modélisation, il ne faut pas négliger l'influence des théories que les élèves ont à l'égard
des phénomènes à l'étude et dont le schéma de Clement ne met pas en évidence. À ce sujet, Justi et Gilbert
(2002a) reprennent ultérieurement le cycle de modélisation de Clement (1989) afin de proposer un modèle
de modélisation (" model of modelling framework ») qui intègre les modèles mentaux des élèves (figure 2).
Figure 2- Le cycle de modélisation de Justi et Gilbert (2002a, p. 371) 1Traduction libre : " the term "abduction" (or retroduction) to describe the process of formulating a hypothesis which,
if it were true, would account for the phenomenon in question » (Clement, 1989, p. 347) 2Les configurations quant aux évaluations empiriques et rationnelles peuvent être très variables selon le phénomène à
l'étude et les situations empiriques proposées aux élèves. 3S'il s'agit ici d'une des principales fonctions des modèles dans la construction des théories scientifiques (Sanmartì,
2002), Kuhn (1962) a néanmoins montré que les scientifiques ignorent parfois certains modèles afin de protéger la
théorie qu'ils favorisent et Lakatos (1978) a fait valoir de son côté qu'en pratique, certains groupes de chercheurs
adoptent des " noyaux protégés » de théories. 6White (1993) a conçu une approche de modélisation en recourant à des simulations informatiques en
quatre phases qui permettent aux élèves de concevoir un modèle conceptuel qui incarne les principes qui
sous-tendent la mécanique newtonienne et d'appliquer leur modèle en faisant des prédictions, en résolvant
des problèmes et en produisant des explications. Dans la phase de motivation (" motivation phase »), " les
élèves sont invités à faire des prédictions sur des phénomènes simples 4 issus de contexte du monde réel » 5(White, 1993, p. 10). Dans la phase d'évolution du modèle (" model evolution phase »), les élèves travaillent
en collaboration sur une série des problèmes de complexité croissante de manière à leur faire construire
progressivement un modèle conceptuel du phénomène étudié et découvrir des concepts et de principes
scientifiques en lien avec ce phénomène. Dans cette phase, ils sont appelés à recueillir des données sur le
phénomène au moyen de simulations informatiques. Plus particulièrement, ils font varier divers paramètres
de manière à voir ses effets sur le comportement du phénomène simulé et produisent des représentations
graphiques qui illustrent l es ef fets de la variation des paramè tres retenus s ur le comportement du
phénomène. Comme le souligne White (1993, p. 11) : " Ce processus d'enregistrement et de visualisation
des données aide les élèves à apprendre la relation entre le mouvement dynamique du point (qui correspond
aux expériences de mouvement dans le monde réel) et les représentations plus abstraites et formelles du
mouvement (...) introduites dans le monde virtuel. L'objectif pour les élèves est d'acquérir un modèle
conceptuel qui relie le savoir formel aux connaissances expérientielles en leur permettant de prédire et
d'expliquer le mouvement des objets. » 6 Dans la phase de formalisation (" formalization phase »), les élèvessont appelés à formaliser ce qu'ils ont appris de la résolution de leurs problèmes sous la forme de lois qui
décrivent le comportement du phénomène. Afin de faciliter la construction de leur propre modèle, les élèves
sont appelés à présenter et débattre des " bonnes » et des " mauvaises » lois qu'ils ont élaborées sur le
phénomène. Si, au début de l'approche de modélisation, les élèves peuvent recevoir une aide soutenue de la
part de l'enseignant dans le processus de validation des lois (par exemple, l'enseignant peut soumettre aux
élèves à d'autres lois possibles à des fins d'évaluation), après plusieurs cycles de modélisation, les élèves
sont appelés à construire et valider leurs lois de manière autonome. Dans la phase de transfert (" transfer
phase »), l'objectif est de faire comprendre aux élèves comment la loi qui a été sélectionnée par la classe est
la meilleure loi qui s'applique au phénomène du monde réel qui a fait l'objet d'étude. Dans la première
étape de cette phase, les élèves appliquent la loi qu'ils ont formalisée aux questions prédictives qu'ils se
sont posées au début du cycle de modélisation. Puis, ils comparent la réponse obtenue par cette loi qu'avec
celles générées par les autres élèves de la classe. Dans la deuxième étape de cette phase, les élèves sont
appelés à appliquer ou explorer le domaine de validité de leur loi de nouvelles situations réelles. Au cours
du cycle de modélisation de White (1993, p. 78), les élèves sont donc engagés dans un processus progressif
de changement conceptuel en " construisant sur la base d'intuitions correctes (...), en adaptant des modèles
conceptuels simplifiés de manière à les rendre plus sophistiqués et en généralisant le modèle conceptuel
évolutif dans un large éventail de contextes. » 7 4À titre d'exemple, dans le premier module de modélisation qu'ils ont élaboré, l'enseignant demande aux élèves : " 1.
Imagine that we have a ball resting on a frictionless surface and we blow on the ball. Then, as the ball is moving along,
we give it a blow, the same size as the first, in the same direction. Would the second blow change the speed of the
ball? If so, how ? 2. Now, suppose that the ball is stopped and we blow on the ball. Then, as the ball is moving along,
we give it a blow, the same size as the first, in the opposite direction. What will be the effect of this second blow on
the motion of the ball ? » (White, 1993, p. 10) 5Traduction libre : " students are asked to make predictions about what they think will happen in simple real-world
contexts. » (White, 1993, p. 10) 6Traduction libre : " This envisioning and recording process helps students to learn the relationship between the
dynamic motion of the dot (which corresponds to real-world experiences of motion) and the more abstract, formal
representations of motion (i.e., the wakes and the datacross) introduced in the microworld. The objective is for the
students to acquire a conceptual model that links formal knowledge with experiential knowledge in enabling them to
predict and explain the motion of objects » (White, 1993, p. 11) 7Traduction libre : " building on correct intuitions (...) refining simplified conceptual models into more sophisticated
models and generalizing the evolving conceptual model to a wide range of contexts » (White, 1993, p. 78)
7Hestenes (1987, 1992) développe une théorie de la modélisation pour l'enseignement de la physique.
Si, au point de départ, sa théorie est développée dans le domaine de la mécanique newtonienne, son domaine
de validité sera élargi ultérieurement à d'autres domaines de la physique comme l'électricité. Comme nous
l'avons souligné dans la problématique, cet auteur affirme qu'une théorie ne peut être mise en relation avec
l'expérience que par la construction de modèles, et que par conséquent l'enseignement de la physique
devrait prioriser l'enseignement de la modélisation : " Le grand jeu de la science est la modélisation du
monde réel, et chaque théorie scientifique établit un système de règles pour jouer le jeu. L'objectif du jeu
est de construire des modèles valides des objets et processus réels. Ces modèles constituent le noyau de
contenu du savoir scientifique. Comprendre la science, c'est savoir comment les modèles scientifiques sont
construits et validés. Le principal objectif de l'enseignement des sciences doit donc être d'enseigner le jeu
de modélisation. » 8 (Hestenes, 1992, p. 732). En conséquence, il recommande aux enseignants de physiquede structurer les contenus de leurs cours autour d'un petit ensemble de modèles emblématiques de la
physique qui offrent l'opportunité aux élèves de décrire, expliquer et prédire des phénomènes. En s'inspirant
du cycle d'apprentissage de Karplus, il conceptualise un cycle de modélisation (" modeling cycle ») en
quatre étapes structurées autour de la principale activité modélisation, le développement de modèle, dans le
contexte de la résolut ion de probl èmes e n physique, soit les stage s de descr iption, de formulat ion de
ramification et de validation du modèle (figure 3).Figure 3- Processus de développement d'un modèle dans le contexte d'une résolution de problèmes en
physique selon Hestenes (1987, p. 7)Dans l'étape de description (" Descrition Stage »), les objets et les propriétés du phénomène impliqué
dans la situation empirique sont identifiés et modélisés, c'est-à-dire représentés mathématiquement. La
théorie qui est utilisée pour la modélisation, en l'occurrence la théorie de la mécanique newtonienne dans
8Traduction libre : " The great game of science is modeling the real world, and each scientific theory lays down a
system of rules for playing the game. The object of the game is to construct valid models of real objects and processes.
Such models comprise the content core of scientific knowledge. To understand science is to know how scientific
models are constructed and validated. The main objective of science instruction should therefore be to teach the
modeling game » (Hestenes, 1992, p. 732) 8cette première théorie de la modélisation, fournit un système de principes qui permet de guider le processus
de modélisation. L'étape de description consiste à décrire le phénomène par des variables descriptives
d'objet, de mouvement et d'intera ction. Cette descript ion nécessit e la mobilisation de registres de
représentation sémiotiques divers, parmi lesquels les tableaux, les graphiques, les cartes de mouvement, les
diagrammes de corps libres, les diagrammes de force, etc.Une fois les objets et les propriétés du phénomène identifiés, l'étape de formulation (" Formulation
Stage ») consiste à mettre en relation ces objets et les propriétés avec des lois appropriées de manière à
formuler un modèle mathématique abstrait. En d'autres mots, les lois de la physique du mouvement et
d'interaction sont appliquées pour définir les équations mathématiques précises du mouvement de l'objet à
l'étude. Hestenes (1987) décrit ce stage de modélisation par le passage des variables descriptives dans les
graphiques à la construct ion des é quations mathé matiques, par exemple celles du mouveme nt en
cinématique.Le modèle est analysé dans l'étape de ramification (" Ramification Stage ») afin de produire une
solution au problème traité ou d'interpréter cette solution en regard du modèle construit. Ici, les propriétés
spéciales et les implications du modèle sont mises au point. Les équations du mouvement sont résolues afin
de déterminer par exemple les trajectoires possibles d'un objet matériel en considérant et en faisant varier
certaines conditions initiales. Il s'agit de mettre en application les équations mathématiques construites afin
de faire des prédictions scientifiques. La figure 4 présente des ramifications pour les principaux modèles
cinématiques de la mécanique du point matériel. Les modèles sont spécifiés en définissant les équations
sous forme vectorielle ou polaire. Les ramifications comprennent des solutions et des cartes de mouvement
visant à faciliter l'interprétation des solutions. Dans son enseignement de la cinématique, Hestenes (1987)
propose cette carte synthèse aux élèves afin de les aider à mobiliser les ramifications les plus importantes
dans l'introduction de la mécanique du point matériel, notamment dans le contexte de la résolution de
problèmes. Il recommande aux élèves de bien se familiariser avec les modèles ramifiés de chaque type avant
d'étudier la dynamique associée. Par exemple, les élèves devraient être en mesure de reconnaitre que
lorsqu'une force constante est appliquée sur un objet matériel quelconque, quelle que soit son origine,
implique une accélération uniforme, et donc dégager les ramifications pertinentes dans la figure 4.
Figure 4- Les modèles de la cinématique (Hestenes, 1987, p. 9) 9Enfin, le modèle et la solution qui en résulte sont évalués dans l'étape de la validation (" Validation
stage »). Cette dernière partie du processus de modélisation concerne l'évaluation empirique du modèle
ramifié et consiste à véri fier l'adé quation d'un modèle pour représent er un sys tème ou une situation
empirique particulière. E lle peut impliquer la simple évaluation du carac tèr e raisonnable du résultat
numérique obtenu au term e de la résol ution d'un probl ème ou la mise en place d' une nouvelle
expérimentation afin de tester le modèle. Hestenes (1987) rapporte que les élèves ont souvent de la difficulté
à évaluer le caractère raisonnable du résultat numérique et qu'ils ne savent encore moins comment procéder
pour faire cette validation. C'est pourquoi il postule que la " principale raison de cette difficulté est que les
élèves ont une connaissance très vague du modèle qui sous-tend leurs résultats. Ils ne réalisent pas que la
solution complète à un problème est basée sur un modèle à partir duquel toutes les réponses numériques
découlent des opérations effectuées sur le modèle. C'est le modèle dans son ensemble qui doit être évalué
lorsqu'une solution est analysée. » 9 (Hestenes, 1987, p. 12). Ainsi, pour Hestenes (1987), cette phase s'avèreessentielle, car la plupart des élèves ne consacrent pas suffisamme nt de temps à la phase initi ale de
description du modèle en se précipitant à choisir une équation mathématique et à l'appliquer ou l'adapter
au problèm e. Pour le dire en d'autre s mots, le s élèves priorisent l'appl ication de formules à la
compréhension et la formulation du problème. Hestenes (1987, 1992) reprend le slogan du psychologue Stemberg (1985) : " THE MODEL IS THEMESSAGE » pour mettre en évidence un élément central de sa théorie sur la modélisation : la construction
d'un modèle constitue le point de départ de la résolution de problèmes en physique et par conséquent, la
solution complète de tout problème de physique est un modèle, et non pas, comme plusieurs le supposent,
un simple nombre, la réponse à une question posée dans un problème. À cet égard, les élèves doivent
apprendre que la clé pour résoudre un problème de physique est la construction d'un modèle à partir des
informations fournies. Pour lui, le problème ne peut être pleinement compris que si le modèle a été construit.
En outre, les informations données dans un problème de physique sont toujours insuffisantes, même pour
comprendre le problème. Dès lors, la compréhension du problème nécessite l'introduction de connaissances
théoriques pour construire le m odèle. Par la suite, la solution du problème découle d'une c ertaine
ramification du modèle. Dans cette théorie de la modélisation, le statut du modèle est clair : il est une réponse
à un problème dont la construction nécessite des allers-retours entre le champ empirique et le champ
théorique. L'application en classe de sa théori e sur la m odélisation doit être ac compagnée d'un
enseignement explicite de stratégies de modélisation aux différentes phases du processus de modélisation.
Cet auteur recommande aux enseignants d'expliquer la pertinence des différentes phases de modélisation et
de les rendre explicites auprès des élèves de manière à ce qu'ils puissent bien se les approprier. Il s'agit
notamment de mettre en é vidence l a puissance des modèles pour la compréhens ion des phénomènes
empiriques, et plus particulièrement, de mettre en évidence explicitement le modèle (qu'il soit partiel ou
complet) à utiliser pour fournir des interprétations sur une situation expérimentale. Par ailleurs, il suggère
de solliciter les élèves à comparer des modèles alternatifs pour représenter les données empiriques d'une
même situation et déterminer, parmi ces modèles, lequel est le plus pertinent pour représenter ces données.
Les travaux d'Hestenes (1987, 1992) sont repris ultérieurement par Wells et al. (1995) qui propose
une nouvelle méthode de modélisation pour l'enseignement de la physique au secondaire (" A MODELING
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