De retour en classe
Comment aborder les trous noirs et la mécanique quantique à l’école secondaire? EinsteinPlus montre aux enseignants de nouveaux trucs intéressants.
par C’est la pause-café au 3e jour de l’atelier EinsteinPlus pour enseignants du secondaire.
Quelque 20 enseignants sont rassemblés autour des tables dans la salle bleu paon habituellement occupée par des étudiants diplômés. Certains discutent ferme, d’autres gribouillent des notes, d’autres encore regardent dans le vide, et quelques-uns jouent avec les demi-balles bondissantes en plastique qui ont été distribuées pour le prochain exercice.
Ils s’apprêtent à entreprendre une première séance sur les trous noirs. C’est la 4e séance de la journée, après 3 séances sur la cosmologie.
« Je commence à comprendre ce que certains de mes élèves ressentent », dit Michael Strange, enseignant de physique et entraîneur de soccer à l’école secondaire de Kennedale, au sud d’Arlington, au Texas. « J’ai l’impression d’avoir la tête pleine. » [traduction]
« Pouvez-vous mettre les demi-balles de côté, s’il vous plaît? » [traduction] L’animatrice, Karen Jo Matsler, a un sens pratique que lui ont donné 20 ans d’enseignement de la physique au secondaire. Elle écrit 3 questions au tableau :
- Comment savons-nous qu’il y a des trous-noirs et comment faisons-nous pour les trouver?
- Pourquoi le temps se dilate-t-il près d’un trou noir?
- Comment la lumière se comporte-t-elle près d’un trou noir?
Elle attribue une question à chaque groupe et donne aux enseignants 2 minutes pour en discuter, puis elle les interrompt : « Je veux que vous écriviez quelque chose à propos de votre question, dit-elle. Cela n’a pas besoin d’être exact, mais vous devez écrire quelque chose. » [traduction]
Il semble que les enseignants soient maintenant devenus des élèves.
La séance change rapidement de ton, et une discussion s’engage sur la manière d’utiliser des exercices de départ comme celui-ci pour intéresser les élèves sans les intimider. Mais les participants reviennent aussitôt à leur rôle d’élèves – et c’est là qu’entrent en jeu les demi-balles bondissantes.
Ce sont des demi-balles creuses, en caoutchouc. Lorsqu’on les retourne comme une veste, elles deviennent instables et bondissent de la table avec une force surprenante. Les participants doivent prédire à quelle vitesse les demi-balles s’envolent, et chaque groupe entreprend de concevoir une expérience pour mesurer la vitesse d’envol des demi-balles.
Les demi-balles de couleurs vives volent partout dans la pièce, dans un bruit de fond de conversations et du cliquetis des calculatrices. Un groupe procède à une analyse vidéo à l’aide d’un téléphone multifonctionnel. Chaque groupe tient une grande règle à la verticale. Celui qui est à l’avant de la salle écrit des équations sur son tableau.
Au bout de seulement 5 minutes, tous comparent leurs résultats. Les demi-balles ont fait place aux équations.
L’animatrice prend la parole et résume les étapes d’apprentissage que les participants viennent de vivre : aborder et explorer un sujet. La présentation PowerPoint montre une manière de résoudre ce problème. Le groupe s’engage ensuite dans une autre série d’exercices, qui relient la vitesse de lancement à la vitesse de libération – celle qui est nécessaire pour s’échapper de l’orbite d’une planète ou d’une étoile. L’atelier n’est commencé que depuis 20 minutes, et les participants sont déjà dans l’espace.
Damian Pope, de l’Institut Périmètre – docteur en physique qui s’intéresse à l’histoire des sciences – prend le relais. Il pose une question étonnamment simple : Que se passerait-il si la vitesse de libération était supérieure à c, la vitesse de la lumière?
Et voilà : nous touchons aux trous noirs.
Bienvenue à EinsteinPlus. Ce programme repose sur la prémisse selon laquelle la physique moderne est plus près de nous que nous le croyons. Elle peut – et devrait – faire son entrée à l’école secondaire, parce qu’elle recèle des idées tout à fait intéressantes – du genre de celles qui stimulent vraiment l’imagination et l’ingéniosité des jeunes. Et depuis près d’une décennie, c’est exactement ce qu’a fait EinsteinPlus avec des centaines d’enseignants.
Stacey Harvey, enseignante de mathématiques et physique dans une petite école de Saskatoon, en Saskatchewan, est d’accord avec ce point de vue : « Les jeunes ont beaucoup de questions sur la physique moderne. Ils en entendent parler en ligne. Ils en discutent avec leurs amis. Certains font des lectures à ce sujet. Même maintenant, dans mes cours, les jeunes parlent de physique quantique et posent des questions. Nous faisons des recherches ensemble, mais surtout pendant les pauses. »
« Mais les choses changent, ajoute-t-elle. Nous avons un nouveau programme en Saskatchewan. Et il comprend un peu de mécanique quantique et de physique moderne. Je suis très enthousiaste, et je crois que les jeunes le seront aussi. La science en est là maintenant, et c’est là que les choses sont passionnantes. » [traduction]
Michael Strange est d’accord : « Mes élèves s’intéressent aux trous noirs, à l’origine de l’univers et à la mécanique quantique. Ils aiment les grandes questions. » [traduction]
EinsteinPlus procure aux enseignants rien moins que les outils nécessaires pour explorer les nouveaux sujets inscrits au programme. Stacey Harvey le confirme. « Je n’avais pas commandé mon matériel de physique avant de partir, dit-elle, et c’est une bonne chose. Chaque soir, j’envoie un courriel à la secrétaire pour lui demander de commander quelque chose : verres polarisés, tissu extensible. Aujourd’hui, j’ai ajouté à la liste les demi-balles bondissantes. Mes prochains élèves vont bien s’amuser. » [traduction]
S’amuser est le fin mot. Ce que les enseignants viennent chercher, c’est l’essence d’un programme de sciences – plonger et expérimenter comme le font les scientifiques.
« J’aime la notion de modèle en sciences, dit Mme Harvey. Dans le cas de la gravitation, il y a eu un modèle newtonien et il y a maintenant un modèle relativiste. Voici les caractéristiques de ces modèles. Voici comment ils sont apparus. Voici leurs limites. Les élèves ont davantage intérêt à comprendre les modèles qu’à mémoriser des faits. » [traduction]
« Mes élèves ne sont pas prêts à s’attaquer aux mathématiques de la physique moderne des particules, ajoute M. Strange. Je n’essaierais même pas de leur enseigner cela. Ils seraient perdus. Mais ils peuvent apprendre la physique des particules dans ses grandes lignes – percevoir comment elle a été découverte et comment elle fonctionne.
« Je sais qu’ils peuvent apprendre cela, poursuit Michael Strange. J’en suis certain, puisque je l’ai moi-même appris hier. J’ai eu un sentiment incroyable de découverte, et j’ai hâte de le faire vivre à mes élèves. » [traduction]
– Erin Bow
