Loi des tensions

[Torgo]

Bonsoir,

voici un petit T.P. que je compte présenter aux élèves à la rentrée de toussaint.
J'ai déjà vu avec eux les lois de l'intensité.

J'attends vos retours sur celui-ci.

Merci
Torgo

[Aranel53]

Et bien, j'aimerais qu'on arrête avec ces histoires de lois différentes suivant les circuits, il y a deux ans on a proposé ici un amendement pour parler de "dipôles" en série et en dérivation et non plus de "circuits". Notre amendement a été accepté lors du CSE et c'est à mes yeux un progrès. ((voir ici le détail de l'histoire : Amendements programmes de collège ?))

Il n'y a que deux lois pour la tension (qu'une seule en fait, mais bon):
- la tension entre les bornes de deux dipôles branchés en dérivation est la même.
- la somme des tensions entre les bornes de chaque dipôle le long d'une boucle est égale à la tension entre les bornes du générateur

Il ne faut surtout pas à mon avis continuer à faire croire aux élèves qu'il y a des lois différentes suivant les circuits.

Je préconise pour ma part une réelle démarche d'investigation sur les lois, je trouve ton document beaucoup trop guidé malgré les apparences. Pourquoi leur parachuter la somme alors que la plupart des élèves ne penseront jamais directement à cette possibilité ? (la plupart des élèves vont dire que la tension sera la même partout, le reste qu'elle va diminuer à mesure qu'on s'éloigne de la pile... c'est plus intéressant à mon avis de tester ces idées et de montrer qu'elles sont fausses... ils trouvent ensuite rapidement une autre idée compatible avec les mesures réalisées)

Excuse moi d'être pénible, tu débarques donc forcément... mais voilà, je me mets à grogner et à montrer les dents dès que je vois une phrase qui commence par "Dans un circuit en..." mais sinon j'ai le poil soyeux et la truffe humide !

[Torgo]

Ce type de dicussion est à mon avis stérile, inutile et ne fait qu'embourber les élèves dans des directions inutiles.

Il est totalement inapproprié de vouloir interdir l'utilisation d'un terme ou d'un autre.
Les élèves visualisent très bien ce qu'est un circuit, mais beaucoup moins bien se qu'est un ensemble de dipôle. Donc leur donner des lois parlant de dipôles branchés en série ou en dérivation est pour moi une grande erreur.

Je l'ai testé durant quelques années mais avec un taux d'erreur par la suite beaucoup plus important.
Je suis donc revenu à l'utilisation unique du mot circuit, au collège.
En lycée, on pourra aller différencier les choses, mais au collège c'est bien trop tôt !
On ne leur propose que des circuits simples donc les lois peuvent très bien s'interpréter sur des circuits complets... On n'est pas en train d'en faire desgrands scientifiques non plus !

Concernant cette activité, ce TP est en effet très guidé, pour ne pas passer trop de temps sur une démarche d'investigation souvent trop infructueuse en électricité.
Comme tu le dis si bien, il ne penseront pas d'eux même à une somme, d'où le fait de leur proposer cette idée (qui deviendra par la suite une base de raisonnement pour beaucoup de principe physico chimiques).
Ce n'est pas parce que les élèves ne pensent pas à des choses par eux même, qu'il ne faut pas leur dire les choses. Il faut cesser avec cette volonté que les élèves doivent tout découvrir par eux-même... C'est une bêtise absolue !
Dans la vie on apprend plein de choses sans les chercher nous mêmes, et elles n'en sont pas moins bien inculquées dans nos mémoires et nos compétences.

Sinon je suis aussi très joyeux et de bonne compagnie
Merci en tout cas de ton avis, même si je ne le partage pas du tout.

[Damdé]

Discuter sur ce forum, et surtout avec Aranel, n'est jamais stérile ou inutile ...
Dans la vraie vie, il n'y a pas les circuits en série et les circuits en dérivation, mais bien des dipôles en série ou en dérivation ...
Ne pas en faire de grands scientifiques n'empêche pas de faire preuve de rigueur, dès le collège.
En effet, on n'est pas obligé de faire une DI pour chaque loi, mais leur faire formuler des hypothèses puis faire les mesures pour chaque configuration et proposer une loi, en tenant compte des incertitudes sur les mesures me semble judicieux, sans perdre trop de temps...

[Aranel53]

Je comprends ton point de vue, mais personnellement, quand j'en serais là j'irais faire pousser des haricots... et j'en suis pas bien loin...

Déjà que travailler ces lois est discutable en collège vu l'absence à peu près totale de lien avec ce que sera le futur de la plupart des élèves, mais alors leur faire travailler sur des cas particuliers qui ne permettent aucune compréhension correcte de ce qui se passe, je trouve ça vraiment peu productif vu le temps qu'on y passe.

Qu'ont appris les élèves ? A quoi a servi la devinette avec la tâche d'encre ? Il n'ont pas pu chercher à comprendre, ils ont juste eu à tester deux circuits différents en faisant quelques mesures sans réfléchir puisque le raisonnement était donné. Ils ne savent toujours pas ce qu'est la tension électrique et seront désemparés face à un circuit mixte, même simpliste. Donc à quoi ça sert de leur faire faire ça ? (à part la réalisation répétée de mesures, ce qui est utile et source de satisfaction pour les élèves qui font un truc qui marche) C'est une question sérieuse. Je pense qu'un des seuls intérêts de cette partie, c'est de pouvoir proposer un modèle prédictif de la réalité afin qu'ils puissent réellement "prédire l'avenir" (donc ici une valeur de tension) grâce à leur compréhension de la répartition de la tension et après avoir fait quelques mesures. Donc pour moi, il faut que ce qu'on construit puisse marcher vraiment et pas juste dans un seul cas particulier, sinon autant utiliser un autre prétexte pour leur faire faire cette prédiction et quelques calculs.

Ce type de dicussion est à mon avis stérile, inutile et ne fait qu'embourber les élèves dans des directions inutiles.
Il est totalement inapproprié de vouloir interdir l'utilisation d'un terme ou d'un autre.
Les élèves visualisent très bien ce qu'est un circuit, mais beaucoup moins bien se qu'est un ensemble de dipôle. Donc leur donner des lois parlant de dipôles branchés en série ou en dérivation est pour moi une grande erreur.

C'est un fait qu'ils voient mal ce qu'est un ensemble de dipôle, mais je dirais qu'il ne savent pas non plus ce qu'est un circuit... à part ça, doucement sur le péremptoire et l'emphase !
Si le CSE a voté notre amendement c'est qu'il a paru pertinent, donc que ce n'est pas une si grande erreur que ça ! . Il n'a jamais été question dans les programmes de distinguer circuit "en série" et circuit "en dérivation" c'est une simplification abusive des manuels depuis plus de vingts ans. Et depuis le siècle dernier des groupes de travail avaient pointé ce fait comme obstacle à une compréhension correcte des choses. Voir les travaux d'Odile Jacob de l'académie de Besançon et le bilan sur l'enseignement de l'électricité de Laurence Viennot si je me souviens bien, même si ça date maintenant.

Je l'ai testé durant quelques années mais avec un taux d'erreur par la suite beaucoup plus important.

C'est vrai, car il est nécessaire avant de leur faire comprendre ce qu'est réellement un circuit, et de définir "dipôles en série" et "dipôles en dérivation" et ça prend carrément du temps, ce qui est un choix à faire. Le fait de ne pas le faire et de rester de façon simpliste sur un antagonisme entre deux circuits type cache les erreurs en effet mais il est illusoire de croire que ça améliore la compréhension. Je considère que cela masque juste l'incompréhension en lui permettant de rester invisible.

Concernant cette activité, ce TP est en effet très guidé, pour ne pas passer trop de temps sur une démarche d'investigation souvent trop infructueuse en électricité.

Je pense que c'est peut-être le thème qui s'y prête le mieux, mais chacun a une expérience et une pratique des parties qui lui est propre !
Mais dans ce cas, pour gagner encore plus de temps, pourquoi ne pas carrément faire utiliser les lois pour prédire une valeur ? Tu donnes les lois, et les élèves les appliquent, non ? Pourquoi faire semblant de leur faire redécouvrir un truc alors que pas vraiment ? Tu dis que des fois leur dire directement les choses c'est bien, je suis d'accord !... Je ne suis pas fan des petites situations artificielles de début car je n'ai jamais trouvé qu'elles motivaient les élèves, mais ça dépend sans doute de comment on les amène.

Comme tu le dis si bien, il ne penseront pas d'eux même à une somme, d'où le fait de leur proposer cette idée

Bien sûr qu'ils n'y pensent pas tout de suite, mais je trouve primordial dans notre discipline de pouvoir leur montrer qu'avec méthode on peut arriver à prédire la forme d'une loi physique. Tu m'as mal lu, ils ne pensent pas tout de suite à une somme certes, mais ils y pensent ensuite quasiment tous dès qu'ils analysent leurs résultats et qu'ils voient que leurs idées initiales sont incorrectes (égalité de tension, division de tension et diminution régulière de tension, pour la grande majorité) Et alors, ils se moquent bien des virgules quand il s'agit de montrer qu'ils ont raison pour la somme, ce qui est toujours un problème pour certains élèves quand ont leur demande de "vérifier" : ça ne se vérifie pas pile, donc "ça marche pas, m'sieur !". Avec la réflexion avant, ça se met à être logique pour eux car ils voient que ça ne peut pas être autre chose qu'une somme.

cette idée (qui deviendra par la suite une base de raisonnement pour beaucoup de principe physico chimiques).

J'ai pas compris ce que tu veux dire par là.

Ce n'est pas parce que les élèves ne pensent pas à des choses par eux-mêmes, qu'il ne faut pas leur dire les choses. Il faut cesser avec cette volonté que les élèves doivent tout découvrir par eux-même... C'est une bêtise absolue ! Dans la vie on apprend plein de choses sans les chercher nous mêmes, et elles n'en sont pas moins bien inculquées dans nos mémoires et nos compétences.

Là aussi c'est évident et une des dérives de la DI a été en effet de vouloir TOUT faire redécouvrir, ce qui est aussi stupide que l'inverse. Mais justement, je pense qu'il faudrait laisser l'enseignement frontal pour ce qui ne peut pas aisément être travaillé avec la démarche scientifique (et il y a plein de parties comme ça, le vocabulaire sur les circuits, les atomes et les formules des molécules, les ions, l'énergie, une grande partie du thème mouvement et interactions... ) il y a assez de place pour du frontal transmissif pour qu'on fasse de temps en temps un test de démarche scientifique "vraisemblable", et je pense que cette partie en est un bon exemple.

Pour finir, j'ai été très ébranlé, motivé et conforté dans l'idée de faire réfléchir davantage les élèves après ma lecture de la thèse de Cariou, j'en profite pour en faire (encore !) la pub ici ! :
Thèse de J-Y CARIOU: Former l’esprit scientifique des élèves

Ne pas en faire de grands scientifiques n'empêche pas de faire preuve de rigueur, dès le collège.
En effet, on n'est pas obligé de faire une DI pour chaque loi, mais leur faire formuler des hypothèses puis faire les mesures pour chaque configuration et proposer une loi, en tenant compte des incertitudes sur les mesures me semble judicieux, sans perdre trop de temps...

Je suis bien d'accord pour la rigueur !
Cela rejoint l'idée de ne pas se moquer des élèves que j'évoquais dans le sujet de la thèse de Cariou. Ne pas être malhonnête dans ce qu'on fait faire aux élèves c'est utile à mon avis, les élèves ne sont pas dupes et sont lucides. On leur dit les choses et ça passe. On cherche les liens logiques en réfléchissant à font sur un sujet particulier, mais on balance direct les définitions et les détails de façon frontale sur d'autres sujets et ils s'en accommodent bien aussi...

En tous cas, leur faire formuler des questions et des hypothèses est devenu quelque chose de très fréquent pour moi. Même quand je décide de ne pas finir la démarche, je leur donne les résultats et on enchaine, mais la question et les hypothèses leur permettent de davantage rentrer dans la compréhension de ce qu'on fait à mon avis.

[Torgo]

Pour résumer, je ne partage pas du tout ton point de vue de professeur de sciences physiques.

Heureusement que la liberté pédagique existe

Je ni'rai pas dans ton sens, au moins sur la partie électricité, mais également sur la façon de trop vouloir les faire réfléchir à des sujets, qu eje répète, stérile et sans avenir pour eux.

Merci de cette discssion, même si elle ne m'aura pas faita avancer et toi non plus.

A une prochaine sur un autre sujet.

[Aranel53]

Au plaisir !

[guillaumep]

Bonjour,
je suis tombé sur votre conversation et vos deux points de vue qui s'opposent;
Il aurait été intéressant Aranel53 de proposer l'activité que tu faisais avec tes élèves pour les faire travailler sur la tension électrique, on aurait pu ainsi se faire une meilleure opinion.

[Aranel53]

Oulà ça date !

Mais effectivement, je suis d'accord avec toi.
Voici comment je suis arrivé à concilier l’écartèlement souvent préjudiciable entre rigueur, démarche scientifique, temps passé dessus et satisfaction personnelle :

Je commence par passer beaucoup de temps sur le vocabulaire des circuits. Notion de boucle, définition des noeuds, compréhension de ce qu'est une branche, dipôles en série et dipôles en dérivation.
Voirmon document sur le vocabulaire dans les circuits ici.

Ensuite, on aborde les différentes grandeurs physiques, intensité du courant, tension électrique et résistance à partir de mon activité sur le modèle de la chaine de vélo, et j'explique bien que ça n'est réellement pertinent que pour une seule boucle.

Je commence ensuite la démarche par un questionnement sur les valeurs de tension et d'intensité dans un circuit mixte simple (deux lampes en série et une lampe en dérivation avec la pile). On arrive à la question, "Combien valent les différentes tensions et intensités dans ce circuit ?" "Comment se répartissent la tension et l'intensité dans ce circuit ?" ou un truc de ce genre. Je leur dis qu'il faudra imaginer une égalité avec des opérations mathématiques si possible.
Et je leur demande explicitement de trouver au moins trois hypothèses mathématiques différentes qu'ils pourraient justifier.

Pour l'intensité, ça pose assez peu de problèmes:
1) soit c'est la même intensité partout (car c'est la pile qui permet l'existence du courant)
2) soit l'intensité de la branche principale se répartit dans les branches secondaires (division du courant par 2)
3) soit la somme des intensités est égale à celle de la branche principale. (le fait de travailler sur les noeuds au préalable permet souvent d'avoir la moitié des groupes qui pensent à ça).
4) soit l'intensité diminue au fur et à mesure (mais normalement ils savent que c'est pas possible mais ils la proposent quand même...)

Les différents groupes arrivent souvent à trois hypothèses pour la tension :
1)La tension est la même entre les bornes des dipôles et est égale à celle du générateur, (car c'est lui qui crée la tension dont il la "distribue")
2) la tension est la même entre les bornes des dipôles et est égale à la tension du générateur divisée par 3 (le nombre de dipôles) (car la tension crée par le générateur se répartit équitablement)
3) la tension diminue pour la "deuxième" lampe dans la 2e boucle. (car la premier en récupère plus car elle est au "début" )

La troisième n'est pas toujours trouvée et je leur dis que 2 hypothèses c'est déjà bien. Donc ici effectivement on n'a quasiment jamais l'hypothèse correcte de la somme dès le début.

Puis on passe aux mesures d'intensité, et on arrive à tout de suite éliminer la première hypothèse, et l'hypothèse de la division, et on arrive à la bonne. ((qui est en fait contenue dans le modèle de la chaine de vélo vu précédemment, donc ça arrive assez vite à convaincre tout le monde car "tout ce qui rentre ressort" donc le noeud est forcément lieu d'une somme d'intensités ... comme l'unicité de l'intensité dans une branche, qui en est une conséquence aussi ))

Pour les mesures de tension, c'est plus tendu. Et on arrive à éliminer toutes les hypothèses. Ni même tension partout, il n'y a qu'une lampe qui a la même tension que le générateur, ni division (je fais exprès de mettre deux lampes différentes en série), ni affaiblissement de la tension.
Retour aux hypothèses à partir des valeurs et là l'idée de la somme arrive chez quasiment tous les groupes.
On essaye la prédiction en plaçant la lampe en dérivation, en série avec les deux autres et augmentant d'un cran la tension du générateur, on mesure les tension entre les bornes des deux premières lampes, on prédit la 3e et on vérifie et tout le monde est content.

"Le long d'une boucle, la somme des tensions des différents dipôles est égale à la tension créée par le générateur." Et ça marche tout le temps. Si le dipôle est seul dans sa boucle alors il a la même tension que le générateur.

Enfin, je leur explique pourquoi avec des tracés d'états électriques et mon analogie de l'immeuble pour la répartition de la tension.

Et je leur donne une fiche à la maison sur l'animation circuit CC de PhET colorado en leur demandant de reproduire le circuit mixte et de faire mumuse en testant les mesures en changeant la résistance des lampes.
https://phet.colorado.edu/fr/simulation ... ion-kit-dc