La recherche en didactique dans le cadre du projet EVEILS

Le laboratoire de didactique André Revuz est partenaire de l'ANR EVEILS "Environnement Virtuel pour l'Education et L'illustration Scientifiques". EVEILS se propose de développer les outils théoriques, informatiques et expérimentaux (sous forme de démonstrateurs immersifs 3D) nécessaires à l’exploration sensible de domaines de la réalité physique inaccessibles à l’expérience ordinaire, et d’en étudier l’impact tant au niveau éducatif que scientifique. La physique relativiste présente cette spécificité d'échapper à l'expérience ordinaire; c'est pourquoi nous avons choisi d'appliquer la démarche d'EVEILS à ce domaine en privilégiant la compréhension des effets relativistes rendus perceptibles par la Réalité Virtuelle. Dans cette perspective, une exploration didactique permet de caractériser les types de raisonnement le plus souvent mis en œuvre par les étudiants confrontés à des situations relativistes et pouvant faire obstacles à la construction des concepts en jeu.

Nous avons choisi d'inscrire notre recherche dans le cadre général de l'ingénierie didactique. Ce cadre, pris comme outil de production, implique l'analyse des contraintes qui régissent l’apprentissage d’un savoir donné, notamment celles de nature cognitive, liées à la population cible. Les recherches qui se sont intéressées à l'apprentissage de la physique relativiste sont encore peu nombreuses, et les difficultés mises à jour sont souvent le fait d'une mauvaise assimilation de la mécanique newtonienne. Ces résultats sont à l'origine d'un questionnaire papier-crayon structuré autour de questions fermées avec demande de justification et conçu afin de détecter des difficultés concernant des connaissances spécifiques. Les connaissances d'ordre relativiste visées sont liées à l'invariance de la vitesse c de la lumière et à la non conservation de la simultanéité par changement de référentiel galiléen tandis que les connaissances non relativistes sont liées à la notion de référentiel et à celle d'événement.

L'analyse des réponses indique que l'invariance de c n'est pas nécessairement connue ni utilisée y compris par des étudiants ayant reçu un enseignement de relativité restreinte (près de la moitié de la population interrogée). En outre, on note une tendance forte à associer la date à laquelle un événement se produit et la date à laquelle un observateur reçoit le signal provenant de cet événement (le questionnaire distingue pourtant explicitement ces deux aspects). Par ailleurs, le concept de référentiel est souvent réduit à l'idée d'« observateur ».

Les résultats de cette enquête ont orienté l'élaboration de scénarios à mettre en œuvre au sein du dispositif immersif dont l'usage a été évalué en termes d'impact sur la compréhension des phénomènes et des concepts en jeu. Cette étude a également donné naissance à un axe de travail centré sur les enjeux des représentations graphiques pour la compréhension des concepts relativistes dans au sein du groupe thématique "mathématiques et réalité". Précisons enfin que la spécificité de l'apport didactique distingue EVEILS d'autres projets immersifs se donnant pour but l'appréhension des effets relativistes. 

L'ANR EVEILS est portée par Etienne Parizot, professeur au laboratoire APC (UMR, Université Paris Diderot). Le LIMSI (UPR CNRS) est également partenaire du projet.