Content uploaded by Raoul Sommeillier
Author content
All content in this area was uploaded by Raoul Sommeillier on Aug 23, 2022
Content may be subject to copyright.
Ce que nous apprend l’analyse historique de
l’invention des ´equations de l’´electricit´e sur le
d´epassement des obstacles cognitifs par les ´etudiants
Raoul Sommeillier∗† and Fr´ed´eric Robert‡1
1BEAMS (BEAMS Department) – BEAMS CP165/56 - 50 Avenue FD Roosevelt - B-1050 Brussels,
Belgique
R´esum´e
Cadre de la recherche
Il existe des similarit´es entre le processus d’apprentissage et le processus d’innovation sci-
entifique (Espinoza, 2005). Tous deux consistent en la construction de nouvelles connais-
sances, en la cr´eation et l’acquisition de mod`eles toujours plus performants pour repr´esenter
la r´ealit´e. Selon Clement, ” Si la recherche peut ˆetre vue comme une cr´eation de savoir
public, l’apprentissage peut ˆetre vu comme une cr´eation de savoirs priv´es ” (Clement, 2006).
Nos pr´ec´edentes recherches nous ont amen´e `a formaliser le processus de rupture cognitive
(d´epassement par un ´etudiant d’un obstacle cognitif) par le biais d’un mod`ele simple et orig-
inal. Celui-ci nous a permis de mieux comprendre ce processus et d’am´eliorer nos strat´egies
d’enseignement. Nous avons pu d´emontrer l’efficacit´e de cette analyse dans le cadre de
s´eances d’exercices d’un cours de th´eorie des circuits `a l’universit´e (R´ef´erence masqu´ee).
Selon cette repr´esentation, une pr´econception n’est pas due `a la mobilisation d’une connais-
sance intrins`equement fausse mais `a l’inad´equation du domaine de validit´e (les conditions
d’application dans lesquelles le mod`ele est valide) qui lui est attribu´e. Afin d’aider l’´etudiant
`a d´epasser une telle pr´econception, il faut donc le mener `a une exp´erience qui va l’amener
`a douter des limites de son mod`ele (et non du mod`ele lui-mˆeme). Suite `a cet ´etat de con-
flit cognitif (Brousseau, 1989 ; Duval, 1992), l’´etudiant pourra envisager de restreindre la
gamme de validit´e de son mod`ele initial tout en entamant la recherche d’un nouveau mod`ele
plus performant. Cette op´eration de restriction apparait alors comme la nature mˆeme de la
rupture cognitive.
Nous basant sur cette analyse et sur le lien entre les processus d’invention et d’apprentissage,
est apparue la question de savoir si notre mod`ele de la rupture cognitive s’applique ´egalement
(et dans quelle mesure) au processus d’innovation scientifique. Ceci pour mieux comprendre
la dynamique `a l’œuvre lors d’une invention et le cas ´ech´eant en retirer des ´el´ements addi-
tionnels applicables aux processus d’enseignement.
M´ethodologie
∗Intervenant
†Auteur correspondant: raoul.sommeillier@ulb.ac.be
‡Auteur correspondant: frederic.robert@ulb.ac.be
sciencesconf.org:aref2016:93417
Pour tester cette hypoth`ese, nous avons confront´e notre mod`ele `a un ensemble de d´ecouvertes
ayant eu lieu dans le pass´e. Le cas d’´etude choisi est le d´eveloppement des ´equations de
Maxwell : au d´ebut du XIX`eme si`ecle, J. C. Maxwell a d´evelopp´e successivement diff´erents
mod`eles pour tenter d’expliquer les ph´enom`enes ´electromagn´etiques, jusqu’`a ce que ces
travaux convergent vers les ´equations ´eponymes bien connues aujourd’hui.
Une ´etude historique nous a permis de d´egager une vue d’ensemble des ´etapes par lesquelles
est pass´e Maxwell et de s´equencer l’´evolution de ses mod`eles en six phases distinctes (Camp-
bell et Garnett, 1884 ; Cohen, 1985 ; Einstein, 1931 ; Levin et Miller, 1981 ; Maxwell, 1861
; Maxwell, 1863 ; Maxwell, 1873 ; Maxwell et Niven, 1890 ; Rautio, 2014 ; Turnbull, 2013).
Une fois les mod`eles successifs identifi´es, nous avons analys´e le domaine de validit´e de chacun
des mod`eles, la nature de ceux-ci et les transitions entre ces derniers.
R´esultats
En termes de gamme de validit´e, nous avons d’abord pu constater que la majorit´e des tran-
sitions suivies par Maxwell sont compatibles avec notre mod`ele de rupture cognitive. Cela
nous a permis de confirmer l’analogie entre les processus d’apprentissage et d’innovation.
En analysant ensuite l’´evolution de la nature des mod`eles successifs, nous avons ´et´e amen´es `a
formuler l’hypoth`ese qu’un mod`ele (pour ce cas d’´etude et plus largement en sciences exactes)
poss`ede trois composantes : exp´erimentale, math´ematique et explicative (”interpr´etation
physique”). Cette derni`ere peut ˆetre vue comme la composition d’une image du monde qui
soit compatible avec la description math´ematique des r´esultats des exp´eriences (Boyer et Bar-
berousse, 2013). Si les trois composantes doivent in fine ˆetre compatibles, lors de l’´elaboration
d’un mod`ele celles-ci ne progressent pas de mani`ere simultan´ee, ce qui nous a amen´e `a d´efinir
plusieurs types de transitions. Nous avons observ´e chez Maxwell une propension `a alterner
entre deux d´emarches oppos´ees: l’approfondissement d’une interpr´etation physique donn´ee
comme guide pour d´evelopper le mod`ele, et l’abandon radical de celle-ci pour passer `a une
nouvelle interpr´etation contre-intuitive ouvrant une nouvelle ´etape de progression. L’attitude
`a adopter en cas d’obstacle ´epist´emologique apparaˆıt en finale exactement oppos´ee `a celle `a
adopter en l’absence d’un tel obstacle. Transpos´ee en enseignement, cette conclusion explique
en partie la robustesse des pr´econceptions et ´eclaire la mani`ere dont peuvent ˆetre con¸cues
des s´equences d’enseignement o`u les pr´econceptions se r´ev`elent particuli`erement r´esistantes
(travail centr´e sur la gamme de validit´e et alternance entre s´equences de confiance et de
m´efiance vis-`a-vis de l’interpr´etation physique).
Regard r´eflexif
Nous essayerons de mettre en ´evidence les ´el´ements qui pourraient nous conditionner `a
rechercher dans le processus d’innovation scientifique des ´el´ements d´eclencheurs de l’apprentissage
chez l’´etudiant. Des ´el´ements de positionnement institutionnels mais aussi personnels seront
propos´es. Au vu de l’efficacit´e des r´esultats obtenus, on s’interrogera aussi sur l’absence
g´en´erale de strat´egies d’enseignement davantage centr´ees explicitement sur les pr´econceptions.
Boyer T., Barberousse A. ” Interpr´eter une th´eorie physique ”. Methodos. Savoirs et textes
[En ligne]. 23 avril 2013. n◦13
Brousseau G. ” Obstacles ´epist´emologiques, conflicts socio-cognitifs et ing´eni´erie didactique
”. In : Construction des savoirs (obstacles et conflits). [En ligne]. Colloque internationale
CIRADE. Universit´e de Qu´ebec, Montr´eal, Canada : N. Bednarz, C. Garnier (Eds.), 1989.
p. 277-285.
Campbell L., Garnett W. The Life of James Clerk Maxwell: With Selections from His
Correspondence and Occasional Writings. [s.l.] : Macmillan and Company, 1884.
Clement M. La situation de formation des enseignants du sup´erieur en Flandre. 2006.
Cohen I. B. Revolution in science [En ligne]. [s.l.] : Harvard University Press, 1985.
Duval R. ” Argumenter, d´emontrer, expliquer: continuit´e ou rupture cognitive ”. Petit
x. 1992. Vol. 31, p. 37–61.
Einstein A. ” Maxwell’s Influence on the Development of the Conception of Physical Re-
ality ”. James Clerk Maxwell: A Commemoration. 1931. Vol. 1831,.
Espinoza F. ” An analysis of the historical development of ideas about motion and its impli-
cations for teaching ”. Physics Education. 2005. Vol. 40, n◦2, p. 139.
Levin M. L., Miller M. A. ” Maxwell’s ”Treatise on Electricity and Magnetism” ”. US-
PEKHI FIZICHESKIKH NAUK. 1981. Vol. 135, n◦3, p. 425–440.
Maxwell J. C. ” On Physical Lines of Force ”. The London, Edinburgh, and Dublin Philo-
sophical Magazine and Journal of Science. 1861. Vol. 21, n◦139, p. 161–175.
Maxwell J. C. ” A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field. ” Proceedings of
the Royal Society of London. 1863. Vol. 13, p. 531–536.
Maxwell J. C. A Treatise on Electricity and Magnetism [En ligne]. [s.l.] : Oxford: Clarendon
Press, 1873. 504 p.
Rautio J. C. ” The Long Road to Maxwell’s Equations ”. Spectrum, IEEE. 2014. Vol.
51, n◦12, p. 36–56.
Turnbull G. ” Maxwell’s equations [Scanning Our Past] ”. Proceedings of the IEEE. 2013.
Vol. 101, n◦7, p. 1801–1805
Mots-Cl´es: rupture cognitive, obstacle ´epist´emologique, pr´econception, didactique de l’´electricit´e
