Traduction: Camille Ducoin.
Ľudmila Onderová de l'Université PJ Šafárik, de Košice, en Slovaquie, nous initie à l'usage de boîtes noires en classe de physique.
Voici le principe d'utilisation d'une boîte noire en classe: les élèves essaient de deviner son contenu – préparé à l'avance par l'enseignant – sans l'ouvrir. Une fois qu'ils ont déterminé expérimentalement ce qu'il y a à l'intérieur, les élèves peuvent ouvrir la boîte et vérifier leur hypothèse. Un exemple en est donné ici pour l'enseignement des circuits électriques, qui convient aux élèves de 15 à 18 ans. Cependant, il existe beaucoup d'autres façons d'utiliser les boîtes noires, y compris avec des élèves plus jeunes et dans d'autres domaines de la physiquew1.
J'ai eu de bonnes expériences en utilisant cette méthode, que ce soit en classe ou en formation de futurs enseignants de physique. Beaucoup d'enseignants ne semblent pas familiers avec cette méthode; pourtant, elle ressemble beaucoup aux problèmes que l'on a à résoudre dans la vie de tous les jours. Ces expériences stimulent la créativité des élèves. Par ailleurs, les boîtes noires sont peu coûteuses et faciles à construire.
pour la boîte noire
boîte noire
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l'aimable autorisation de
Ľudmila Onderová
Avec un couvercle amovible et des fils câbles flexibles, il est plus facile de révéler les composants et le circuit à l'intérieur de la boîte noire. Assurez-vous que la combinaison d'éléments dans la boîte soit simple et facile à détecter pour les élèves. Pour l'apparence extérieure de la boîte, à vous de choisir; quant à moi, j'enveloppe les tubes dans une feuille de papier noir.
Vous pouvez créer des boîtes noires de complexité variable – certaines comportant seulement un composant électronique (résistance, condensateur, diode, bobine, etc.), d'autres contenant plusieurs composants arrangés en circuits simples (voir Figure 4).
Une fois que les élèves ont reçu une introduction basique sur les circuits électriques en courant continu et alternatif, ils peuvent commencer à tester des boîtes noires en appliquant ce qu'ils ont appris pour résoudre un problème pratique. On leur donne du matériel (voir liste ci-dessous) à utiliser pour déterminer ce que contient la boîte. Ils sont informés à l'avance de toutes les configurations possibles à l'intérieur. Dans un premier temps, chaque groupe d'élèves reçoit cinq boîtes noires contenant chacune un seul composant électronique. Ensuite (pas nécessairement durant la même leçon), ils reçoivent huit boîtes avec chacune une configuration soit simple, soit plus complexe. Leur travail est de deviner les contenus d'après leur expérience, en utilisant un algorithme qu'ils développent pour l'analyse des boîtes.
contenus dans les boîtes
noires. Cliquez pour agrandir
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Ľudmila Onderová
Au cours du second test, les élèves ont surtout des problèmes avec les circuits complexes, et pour distinguer entre résistance, thermistance et ampoule. Il faut qu'ils appliquent leurs connaissances théoriques; ils doivent réaliser qu'il est nécessaire de faire varier la tension, et éventuellement de tracer une courbe pour déterminer correctement quels sont les éléments contenus dans la boîte.
Manipuler des boîtes noires est une activité attrayante pour les élèves, qui peuvent ainsi tester leurs connaissances et se réjouir de leurs succès. Certains cherchent même d'autres occasions d'employer cette méthode en cours de physique. Le plus important est qu'ils apprennent à suivre une méthode de recherche systématique. L'expérience des boîtes noires les encourage à poser et résoudre leurs propres questions, formuler des prédictions, tester leurs hypothèses et communiquer leurs résultats aux autres élèves. Un telle méthode active aide aussi à mieux percevoir la nature de la science. De plus, c'est un bon moyen de résoudre certains problèmes dans la vraie vie, par exemple trouver comment fonctionne un appareil (la boîte noire) dont on a perdu la notice.
Un point crucial dans la réalisation de ce travail est la quantité d'information à fournir. L'enseignant doit s'assurer que les élèves ont une base de connaissances suffisante, et donner des instructions claires sur la façon de procéder. Moins d'instructions permet plus de créativité, mais s'ils ne sont pas assez guidés, les élèves se sentent dépassés par la tâche et s'en désintéressent.