Pedagogie | Dr. Goulu

La tête dans les étoiles

Tue, 18 Nov 2014 00:00:00 +0000

Comment ça, deux mois sans article ? Je pourrais raconter que j’habite trop près d’un trou noir, comme dans “Interstellar”, dont je causerai très bientôt, mais en réalité je suis occupé par plusieurs sujets qui provoqueront des articles un jour peut-être, et surtout un qui provoque l’article d’aujourd’hui:

Le MOOC “Introduction à l’Astrophysique” de l’EPFL

Je voulais depuis longtemps suivre un , pour voir à quoi ça ressemble. Voyant que le propose le premier , je me suis immédiatement inscrit et je le suis assidûment depuis deux mois en y consacrant une bonne soirée par semaine.

Ce qui m’a surpris temporairement, c’est que le cours ne suit pas le plan des livres d’astronomie de ma jeunesse qui partaient du Soleil et s’en éloignait en décrivant d’abord les planètes, puis les autres étoiles, les nébuleuses, les galaxies etc. Mais comme l’indique très bien le descriptif “Le cours met l’accent sur le lien entre les prédictions théoriques et les observations”,

Voici la table des matières du cours, semaine par semaine, avec mes petites remarques personnelles

Après un bref aperçu, présente les et le que j’ignorais totalement ou avais oublié, et qui permet notamment de lier la taille d’un à la vitesse des étoiles qui le forment et réciproquement
La deuxième semaine est consacrée au processus de , au et aux ainsi qu’aux magnitudes et . Là, pour simplifier et vérifier mes calculs pour les exercices, j’ai découvert et commencer à utiliser le module Python , qui définit de nombreuses constantes et unités bien utiles. Il permet notamment de convertir des unités du comme l’ “que les astrophysiciens continuent d’utiliser, à mon grand dam.
On aborde ensuite l’ et les et , avant de passer aux . Légère déception à ce niveau, j’espérais qu’on aborde le phénomène de ralentissement de la rotation et d’échauffement des astres soumis aux marées, mais j’imagine que ça doit être compliqué…
Suit logiquement la , puis le cours parle des avant d’aborder le bilan énergétique des planètes, et en particulier l’effet de leur atmosphère. Là j’ai eu le plaisir de voir esquissé le “ ”, et la demi surprise de voir que la température de corps noir de la Terre, Vénus et Mars sont beaucoup plus proches que leurs températures au sol. A ce sujet et au passage, ce beau montage des surfaces de tous* les astres sur lesquels des engins humains se sont posés en douceur:
La cinquième semaine est consacrée aux étoiles, leur formation, leur classification et leur distribution dans le illustré de magnifique manière par cette video
\[embed\]

la formation des étoiles est illustrée dans le , puis les réactions nucléaires des différents types d’étoiles ainsi que les morts correspondantes sont décrites. J’ai particulièrement apprécié la méthode de datation d’un amas d’étoile via le “coude” apparaissant dans la distribution des étoiles de la
La sixième semaine est consacrée aux galaxies. Ca commence par leur classification (avec un peu de pub pour dans un exercice), leur formation et leur évolution, le tout illustré par de faites par Yves Revaz à l’aide de , un package Python que je vais me dépêcher d’explorer dès que les journées auront 36 heures (il y a de l’espoir : les marées freinent la rotation de la Terre …). Ensuite le cours aborde le mouvement des étoiles dans les galaxies via les , et se termine par un exposé sur la
(ajouté le 24.11.14) La dernière semaine est consacrée à une introduction à la cosmologie : âge de l’univers, galaxies primordiales, , , échelles des grandes distances et moyens de mesure ( , ) et le cours se termine avec l’étude des

Je suis très content d’avoir suivi ce cours, je le recommande vivement aux passionnés de l’espace qui ont (encore) de bonnes notions de maths et de physique. Outre la matière enseignée, l’intérêt du cours réside pour moi dans les liens qui sont établis entre divers domaines de la physique : en jonglant avec la mécanique classique, la thermodynamique et un soupçon de mécanique quantique, on développe une vision cohérente, multidisciplinaire de connaissances qui peuvent paraître disparates lorsqu’on les rencontre la première fois en cours. A mon goût il ne manque qu’un soupçon de relativité assaisonné de trous noirs et d’étoiles à neutrons pour que ce cours soit parfait, mais peut-être sera-ce le sujet d’un cours suivant.

Sinon, la utilisée pour les MOOC de l’ est performante et agréable. On peut passer les vidéos en accéléré ou ralenti, commuter entre la vidéo et la page des exercices à volonté, et une zone de discussion permet de poser des questions ou de râler comme dans une vraie salle d’exercices, en plus calme.

Si mon rythme de publication reste bas, ce sera surement à cause d’un autre MOOC.

Note* : En fait il existe un 8ème objet : a été crashée sur en 2001 alors que ce n’était pas prévu initialement, et la sonde a survécu et transmis quelques images avant sa mort.

L'importance de la stupidité dans la recherche scientifique

Wed, 11 Jun 2014 00:00:00 +0000

Pressé par diverses activités, je vous propose cette semaine la traduction d’un article \[1\] qui m’a beaucoup plu et fait réfléchir. D’autant qu’il me semble qu’on peut remplacer “recherche scientifique” par “innovation technologique” sans dénaturer l’idée de fond. Qu’en pensez-vous ?

J’ai récemment revu une ancienne amie pour la première fois depuis de nombreuses années. Nous avions été doctorants en sciences en même temps, quoique dans des domaines différents. Puis elle a laissé tomber, est allée à Harvard à l’Ecole de Droit et est maintenant avocate senior dans une grande organisation environnementale. A un certain moment, la conversation arriva sur la raison pour laquelle elle avait quitté les études doctorales. A mon grand étonnement, elle a dit que ces études la faisaient se sentir stupide. Après quelques années passées à se sentir stupide tous les jours, elle avait décidé de faire quelque chose d’autre.

Je l’avais toujours vue comme l’une des personnes les plus intelligentes que je connaisse, et sa carrière ultérieure soutient ce point de vue. Ce qu’elle a dit m’a dérangé. Je n’arrêtais pas de penser à ce sujet… Soudain le lendemain, ça m’a frappé : la science me fait me sentir stupide aussi. C’est juste que je m’y suis habitué. Tellement habitué qu’en fait, je recherche activement de nouvelles occasions de me sentir stupide. Je ne saurais pas quoi faire sans cette sensation. Je pense même que c’est censé être comme ça. Je m’explique.

Pour la quasi-totalité d’entre nous, l’une des raisons pour lesquelles nous aimions la science au lycée et à l’université est que nous étions bons en science. Cela n’est pas la seule raison, la fascination pour la compréhension du monde physique et un besoin émotionnel de découvrir de nouvelles choses entrent aussi en compte. Mais la science au lycée et à l’université signifie suivre des cours, et bien suivre les cours signifie connaître les bonnes réponses aux tests. Et si vous connaissez ces réponses, vous réussissez et vous sentez intelligent.

C’est tout différent avec un doctorat, dans lequel vous avez à effectuer un travail de recherche. Pour moi, c’était une tâche ardue. Comment pourrais-je formuler les questions qui mèneraient à des découvertes importantes; concevoir et interpréter des expériences dont les conclusions seraient absolument convaincantes, prévoir les difficultés et voir les moyens de les contourner, ou, à défaut, les résoudre quand elles se concrétisent ? Mon projet de doctorat était assez interdisciplinaire et pendant un certain temps, chaque fois que je suis tombé sur un problème, j’ai harcelé les gens de ma faculté qui étaient les experts dans les différentes disciplines qu’il me fallait. Je me souviens du jour où (qui a remporté le prix Nobel de deux ans plus tard) m’a dit qu’il ne savait pas comment résoudre le problème que j’avais dans son domaine. J’étais un étudiant diplômé de troisième année et je pensais que Taube en savait environ 1000 fois plus que moi (estimation prudente). S’il n’avait pas la réponse, personne ne l’avait.

C’est ce qui m’a frappé: personne ne l’avait. C’est pourquoi c’était un problème de recherche. Et puisque c’était mon problème de recherche, c’était à moi de le résoudre. Une fois que j’ai réalisé ce fait, j’ai résolu le problème en quelques jours. (Il n’était pas vraiment très dur, j’ai juste eu à essayer quelques trucs.) La leçon cruciale était que le volume des choses que je ne connaissais pas était non seulement vaste, mais pratiquement infini. Cette prise de conscience, au lieu d’être décourageante, est libératrice. Si notre ignorance est infinie, la seule action possible est de nager dedans du mieux que nous pouvons.

Je voudrais suggérer que nos programmes doctoraux rendent souvent deux mauvais services à nos étudiants. Tout d’abord, je ne pense pas que les élèves soient amenés à comprendre combien il est difficile de faire de la recherche. Et combien il est très, très difficile de faire des recherches importantes. C’est beaucoup plus difficile que de prendre des cours même très exigeants. Ce qui le rend la recherche si difficile est l’immersion dans l’inconnu. Nous ne savons simplement pas ce que nous faisons. Nous ne pouvons pas être sûrs que nous posons la bonne question ou faisons la bonne expérience jusqu’à ce que nous obtenions la réponse ou le résultat. Certes, la science est rendue plus difficile par la concurrence pour les subventions et la publication dans les meilleures revues. Mais en dehors de tout cela, faire de la recherche importante est fondamentalement difficile et tous les changements de ministère, de politiques institutionnelles ou nationales ne permettront pas de réduire sa difficulté intrinsèque.

Deuxièmement, nous n’enseignons pas suffisamment bien à nos étudiants à être productivement stupides, ou autrement dit que si nous ne nous sentons pas stupides cela signifie que nous n’essayons pas assez. Je ne parle pas de la stupidité “relative”, dans laquelle les autres élèves de la classe, en lisant la matière y réfléchissent et réussissent l’examen alors que vous pas. Je ne parle pas non plus de gens brillants que l’ont pourrait trouver à des postes qui ne correspondent pas à leur talents. La science implique de nous confronter à notre stupidité “absolue”. Ce genre de stupidité est un fait existentiel, inhérente à nos efforts pour faire notre chemin dans l’inconnu. Les examens préliminaires et de thèse ont la bonne approche lorsque le comité de la faculté pousse jusqu’à ce que l’étudiant commence à donner de mauvaises réponses ou abandonne en disant “Je ne sais pas”. Le but de l’examen n’est pas de voir si l’étudiant répond juste à toutes les questions. S’il le fait, c’est la faculté qui a échoué à l’examen. Le but est d’identifier les faiblesses de l’élève, en partie pour voir où investir des efforts et en partie pour voir si la connaissance de l’étudiant flanche à un niveau suffisamment élevé pour qu’il soit prêt à prendre un projet de recherche.

La stupidité productive implique d’être ignorant par choix. Nous concentrer sur des questions importantes nous met dans la position inconfortable d’être ignorants. Une des belles choses sur la science est qu’elle nous permet de brasser de l’air, de nous tromper jour après jour, et de nous sentir parfaitement bien tant que nous apprenons quelque chose à chaque fois. Sans doute, cela peut être difficile pour les étudiants habitués à obtenir les bonnes réponses. Sans doute, des niveaux raisonnables de confiance et la résilience émotionnelle aident, mais je pense que l’éducation scientifique pourrait faire plus pour faciliter cette très grande transition: de l’apprentissage ce que d’autres ont découvert une fois à faire vos propres découvertes. Plus nous sommes à l’aise avec notre stupidité, plus nous pataugerons profond dans l’inconnu et plus nous sommes susceptibles de faire de grosses découvertes.

Référence du texte original

\[altmetric doi="10.1242/jcs.033340" float="right"\]Martin A. Schwartz, “ ", Journal of Cell Science 121,1771 doi: 10.1242/jcs.033340

La science est la croyance en l'ignorance des experts

Wed, 18 Dec 2013 00:00:00 +0000

Intrigué par la citation de “Science is the belief in the ignorance of experts”, j’ai découvert qu’il l’a prononcée en 1966 dans un discours intitulé “ ” au congrès de la \[1\], que je n’ai pas trouvé en français.

Je vous offre donc ma traduction de ce texte comme Conte de Noël scientifique. A part le machisme courant à l’époque, il pourrait toujours susciter ou réveiller les vocations de profs de science. Mais surtout, il partage une vision de la science qui n’a pas pris une ride. Les titres de paragraphes sont de moi et les phrases en gras sont celles que j’ai particulièrement appréciées.

Bonne lecture, Bonnes Fêtes à tous, et à l’année prochaine!

Introduction

Je remercie M. DeRose de m’avoir invité parmi vous, enseignants de sciences. Je suis aussi un enseignant de sciences. Je n’ai d’expérience que dans l’enseignement de la physique à l’université, et le résultat de cette expérience est que je sais que je ne sais pas enseigner.

Je suis sur que vous aussi - véritables enseignants travaillant au plus bas niveau de cette hiérarchie d’enseignants, formateurs d’enseignants, experts en programmes scolaires - vous aussi j’en suis sur ne savez pas comment faire, sinon vous ne vous fatigueriez pas à venir à ce congrès.

Je n’ai pas choisi le sujet “Qu’est-ce que la science”. Le sujet est de M. DeRose. Mais je voudrais dire que je crois que “Qu’est-ce que la science” n’est pas du tout équivalent à “Comment enseigner la science”, et j’attire votre attention là dessus pour deux raisons. La première est que la manière dont je me prépare à donner ce discours pourrait donner l’impression que j’essaie de vous dire comment enseigner la science. Ce n’est absolument pas le cas, parce que je ne sais rien à propos des jeunes enfants. J’en ai un, donc je sais que je ne sais pas. L’autre est que je crois que la plupart d’entre vous (parce qu’il y a tant de présentations, tant d’articles et tant d’experts du domaine) ont une sorte de sentiment de manque de confiance en soi. D’une certaine façon on vous donne toujours des cours sur pourquoi les choses ne vont pas bien et comment vous devriez apprendre à enseigner mieux. Je ne vais pas vous réprimander sur le mauvais travail que vous faites et vous indiquer comment vous pouvez vous améliorer. Ce n’est pas mon intention.

En fait, nous avons de très bons étudiants qui arrivent à Caltech, et nous trouvons qu’ils sont de mieux en mieux année après année. De quoi ça vient, je n’en sais rien. Je me demande si vous le savez. Je ne veux pas interférer avec ce système : il est très bon.

Il y a juste deux jours nous avions une conférence dans laquelle nous avons décidé que nous n’avions plus besoin de donner un cours de mécanique quantique élémentaire au niveau master (“graduate school”). Quand j’étais étudiant, il n’y avait pas de cours de mécanique quantique tout court à ce niveau, c’était un sujet considéré comme trop difficile. Quand j’ai commencé à donner un tel cours, nous en avons eu un. Maintenant nous l’enseignons au niveau bachelor (“undergraduate”) Et nous découvrons actuellement que nous n’avons plus besoin de le donner aux gradués venant d’autres écoles. Pourquoi cette poussée vers le bas ? Parce que nous sommes capables de donner un meilleur enseignement à l’université, et parce que les étudiants qui y arrivent ont une meilleure formation .

Science et Philosophie

Qu’est-ce que la science ? Bien sur vous le savez tous, puisque vous l’enseignez. C’est évident. Que puis-je dire de plus ? Et si vous ne savez pas, chaque édition pour enseignant de n’importe quel manuel de cours vous fournira une discussion complète du sujet. On y trouve des sortes de distillations distordues et édulcorées de mélanges de mots de datant de quelques siècles, supposés être alors la profonde philosophie de la science. Mais , l’un des plus grands scientifiques expérimentateurs de l’époque qui faisait vraiment quelque chose, a dit que ce que Bacon considérait comme la science était la science d’un . Il

\[Bacon\]

parlait de faire des observations, mais omettait le facteur vital du jugement sur ce qu’il faut observer et à quoi faire attention.

Et donc ce qu’est la science n’est pas ce qu’en ont dit les philosophes, et certainement pas ce que les manuels de cours en disent. Ce qu’elle est est un problème que je me suis assigné après avoir accepté de donner cette conférence.

Après quelques temps je me suis rappelé :

Un mille-pattes était heureux, Jusqu’à ce qu’un crapaud lui dit: “Dis, quel pas vient après l’autre?” Ce qui monta ses doutes jusqu’au point Qu’il tomba distrait dans le fossé Ne sachant plus comment marcher.

Toute ma vie j’ai fait de la science et su ce qu’elle était, mais maintenant que je suis venu vous dire quel pas vient après l’autre, j’en suis incapable. Plus grave encore, l’analogie avec le poème m’inquiète tant que lorsque je rentrerai chez moi, je ne serai plus capable de la moindre recherche.

De nombreux journalistes ont tenté d’obtenir un résumé de cette présentation, mais comme je ne l’ai préparée que récemment c’était impossible. Mais je peux maintenant en voir se précipiter à l’extérieur pour écrire de gros titres du genre “Le Professeur a qualifié le Président de la NSTA de crapaud.”

Dans ces circonstances, vu la difficulté du sujet et mon aversion pour les exposés philosophiques, je vais présenter ceci d’une manière très inhabituelle. je vais juste vous dire comment j’ai appris ce qu’est la science.

Comment j’ai appris ce qu’est la science

C’est un peu enfantin. Je l’ai appris quand j’étais un enfant. Je l’avais dans le sang depuis le début. Et je voudrais vous dire comment je l’ai attrapé. On dirait que j’essaie de vous dire comment enseigner la science, mais ce n’est pas mon intention. Je vais vous dire ce qu’est la science en vous disant comment j’ai appris ce qu’est la science.

Mon père me l’a dit. Quand ma mère me portait, à ce qu’on m’a dit car je ne me rappelle pas de la conversation, mon père a dit “si c’est un garçon, il sera un scientifique.” Comment l’a-t-il fait ? Il ne m’a jamais dit que je devrais devenir un scientifique. Il n’était pas un scientifique, il était un businessman, responsable des ventes dans une compagnie d’uniformes, mais il lisait sur la science et aimait ça.

Quand j’étais très jeune, la première histoire dont je me souvienne, quand je mangeais encore dans un siège surélevé, mon père jouait avec moi après le dîner.

Il avait amené un tas de vieux carreaux de sol de salle de bains de je ne sais où à Long Island. On les disposait sur la tranche, l’un à côté de l’autre, et j’avais le droit de faire tomber celui à une extrémité et de regarder tous les dominos tomber. Jusqu’ici ça va.

Puis, le jeu s’est compliqué. Il y avait des carreaux de différentes couleurs. Je devais en mettre un blanc, deux bleus, un blanc, deux bleus, et encore un blanc et puis deux bleus, et si je voulais mettre encore un bleu, je devais en mettre quand même un blanc avant. Vous reconnaissez l’habituelle intelligence insidieuse : d’abord leur faire plaisir en jouant, et puis injecter lentement du matériel éducatif.

Alors ma mère, qui est une femme beaucoup plus sensible, commença à réaliser l’insidiosité de ses efforts et dit “Mel s’il te plaît, laisse ce pauvre enfant poser un carreau bleu s’il en a envie.” Mon père dit “Non, je veux qu’il fasse attention aux motifs (“patterns”). C’est la seule chose que je peux faire en mathématiques à ce stade précoce.” Si je donnais une conférence sur " Qu’est-ce que les mathématiques" je vous aurais déjà répondu : les mathématiques, c’est la recherche de motifs, de modèles.

Les mathématiques

J’aimerais vous apporter une autre preuve que les mathématiques ne sont que des modèles. Quand j’étais à Cornell, j’étais absolument fasciné par le corps estudiantin qui, me semblait il, était une sorte de dilution de quelques personnes sensées dans une grande masse muette d’étudiants en etc qui incluait beaucoup de filles. J’avais l’habitude de m’asseoir à la cafétéria avec ces étudiant(e)s et en mangeant, j’essayais d’intercepter leurs conversations pour voir si un mot intelligent en sortait. Vous pouvez imaginer ma surprise lorsque je découvris cette chose qui me semble énorme.

J’écoutais une conversation entre deux filles, et l’une expliquait que si vous voulez faire une ligne droite, voyez-vous, vous vous déplacez d’un certain nombre de carreaux vers la droite pour chaque ligne de carreaux que vous traversez, ou autrement dit, si vous répétez le même déplacement vers la droite pour chaque ligne vers le haut, vous faites une ligne droite. Un grand principe de géométrie analytique ! J’était stupéfait. Je n’avais pas réalisé que l’esprit féminin était capable de comprendre la géométrie analytique.*

) Application de la géométrie analytique

Elle continua en disant “Suppose que tu as une autre ligne venant d’une autre direction et que tu cherches où elles vont se croiser. Suppose qu’une ligne va 2 à droite pour 1 en haut, et que l’autre va 3 à droite pour 1 en haut et qu’elles commencent à 20 lignes d’écart.” etc. J’étais époustouflé. Elle arriva à dire où l’intersection se produisait. Et puis je compris qu’elle expliquait à l’autre comment tricoter des bas “ ”.

J’en ai tiré une leçon : l’esprit féminin est capable de comprendre la géométrie analytique. Les gens qui ont insisté depuis des années, en dépit de toutes les preuves évidentes du contraire, que les hommes et les femmes sont également capables de pensée rationnelle on peut-être marqué un point. La difficulté est peut-être que nous n’avons jamais encore trouvé un moyen de communiquer avec l’esprit féminin. Mais si c’est fait correctement, on pourrait en tirer quelque chose…

Je vais maintenant continuer avec ma propre expérience comme débutant en mathématiques. Une autre chose que mon père m’a dit, et je ne peux que difficilement l’expliquer parce que c’était plus une émotion que des paroles, était que le rapport entre la circonférence et le diamètre de tous les cercles était toujours le même, quel que soit la taille. Ca ne me semblait pas trop étonnant, mais ce rapport aveit de merveilleuses propriétés. C’était un nombre merveilleux, un nombre profond : Pi. Il y avait un mystère que je ne comprenais pas totalement autour de ce nombre, mais c’était quelque chose de grand, et le résultat fut que j’ai cherché Pi partout.

Quad j’ai appris plus tard à l’école comment écrire une fraction sous forme décimale et que j’ai écrit 3 1/8 = 3.125, j’ai cru reconnaître un ami et écrivis que c’était égal P, le rapport entre la circonférence et le diamètre d’un cercle. L’instituteur le corrigea en 3.1416.

J’illustre ceci pour montrer une influence. L’idée qu’il y a un mystère, une merveille à propos de ce nombre était important pour moi, pas la valeur du nombre. Beaucoup plus tard, alors que je faisais des expériences au laboratoire, je veux dire mon labo à la maison, bricolant un peu … non excusez-moi : je ne faisait pas d’expériences, je n’en ai jamais fait, je n’ai fait que bricoler. Progressivement dans des livres et manuels j’ai commencé à découvrir qu’il existait des formules applicables à l’électricité pour relier la résistance au courant, etc. Un jour, en regardant les formules d’un bouquin quelconque, j’ai découvert la formule de la fréquence de résonance d’un qui est $f=1/(2\pi.\sqrt{LC})$, où L est l’inductance et C la capacité … du cercle ? Vous riez, mais j’étais très sérieux. Pi concernait les cercles, et voilà pi qui sort d’un circuit électrique. Où était le cercle ? Est-ce que vous qui avez ri savez d’où ça vient ?

Je dois aimer ça. Je dois le rechercher. Je dois y penser. Et puis j’ai réalisé que les bobines sont faites de cercles. Et quelques mois plus tard, j’ai trouvé un autre livre qui donnait l’induction de bobines carrées, et pi était dans ces formules. J’y ai réfléchi à nouveau et réalisé que le pi ne venait pas des bobines circulaires. je le comprends mieux aujourd’hui, mais dans mon cœur je ne sais toujours pas où est le cercle, d’où vient ce pi.

Les choses et leur nom

Quant j’étais encore assez jeune, je ne sais plus exactement à quel âge, j’avais une balle dans un chariot et j’ai remarqué quelque chose. J’ai couru vers mon père en disant “Quand je tire le chariot, la balle roule vers l’arrière et quand je cours et que je m’arrête, la balle roule vers l’avant. Pourquoi ?”

Comment répondriez-vous ?

Il a dit “Ça, personne ne le sait.” Il a dit “C’est pourtant très général, ça arrive tout le temps à n’importe quoi : tout ce qui bouge tend à continuer à bouger, et ce qui est immobile tend à le rester. Si tu regardes de près, tu verras que la balle ne roule pas vers l’arrière du wagon quand tu commences à le déplacer. Elle avance aussi un peu, mais pas aussi vite que le wagon. L’arrière du wagon rattrape la balle qui avait de la peine à commencer à bouger. Ca s’appelle , ce principe.” Je me suis évidemment dépêché de vérifier et c’était vrai : la balle ne reculait pas. Il avait mis une différence très claire entre ce que nous savons et comment nous l’appelons.

A propos de cette relation entre les choses et leur nom, je voudrais vous raconter une autre histoire. Nous avions l’habitude l’aller aux pour les vacances. A New-York, on va aux montagnes Catskill pour les vacances. Les pauvres maris devaient travailler la semaine, mais ils se dépêchaient de revenir le weekend pour rester avec leurs familles. Ces weekends, mon père m’emmenait marcher dans les bois. On allait souvent marcher, et tout apprendre sur la nature en même temps. Mais d’autres enfants, des amis à moi voulaient aussi venir et demandaient à mon père de les emmener. Il ne voulait pas, disant que j’étais plus avancé. Je n’essaie pas de vous dire comment enseigner, parce que mon père le faisait avec une classe d’un seul élève; s’il en avait eu plus d’un, il en aurait été incapable.

Donc nous allions tout seuls dans les bois. Mais les mères étaient très puissantes à l’époque, comme aujourd’hui, et elles ont convaincu les autres pères d’emmener leurs propres fils marcher dans les bois. Alors tout les pères emmenèrent tous les garçons dans les bois un dimanche après-midi. Le jour suivant, lundi, nous jouions ensemble et un garçon m’a demandé " Tu vois l’oiseau sur le tronc là bas ? Quel est son nom?" J’ai dit : “J’en ai pas la moindre idée” Il a dit : “C’est une . Ton père ne t’apprends pas grand chose en sciences.”

J’ai souri intérieurement parce que mon père m’avait déjà enseigné que le nom ne dit rien de l’oiseau. Il m’avait dit “Tu as vu cet oiseau : en anglais on l’appelle **, mais en allemand on l’appelle Halsenflügel, et les chinois l’appellent , et même si tu connais tous ces noms, tu ne connais toujours rien de l’oiseau, tu ne sais que quelque chose sur les hommes, comment ils appellent l’oiseau. En fait cette grive chante, apprend à voler à ses jeunes, et pendant l’été elle vole si loin à travers tout le pays, et personne ne sait comment elle trouve son chemin” et ainsi de suite. Il y a une différence entre le nom d’une chose et ce qui se passe.

Le résultat de ceci est que je ne peux pas me rappeler le nom de quiconque, et quand des gens discutent de physique avec moi ils sont souvent exaspérés quand ils me parlent de “l’ ” et que je demande “quel est cet effet?” parce que je ne peux pas me rappeler du nom.

Je voudrais dire un mot ou deux, si je peux interrompre ma petite histoire, sur les mots et définitions, parce qu’il est nécessaire d’apprendre les mots.

Ce n’est pas la science. Mais ça ne veut pas dire que, juste parce que ce n’est pas de la science, nous ne devons pas enseigner les mots. Nous ne parlons pas de ce que nous devons enseigner, nous parlons de ce qu’est la science. Ce n’est pas de la science de savoir comment convertir des degrés Centigrade en Fahrenheit. C’est nécessaire, mais ce n’est pas exactement de la science. Dans le même genre, si vous discutiez de ce qu’est l’art, vous ne diriez pas que l’art c’est de savoir qu’un crayon 3-B est plus doux qu’un crayon 2-H. Il y a une différence. Ça ne veut pas dire qu’un prof d’art ne doit pas l’enseigner, où qu’un artiste sera à l’aise s’il ne connaît pas ça. En fait vous pouvez découvrir ça en une minute en faisant des essais, mais c’est une approche scientifique que les profs d’art ne penseront peut-être pas à expliquer.

Afin de pouvoir nous parler, nous devons avoir des mots et c’est bien ainsi. C’est une bonne idée d’essayer de voir la différence, et c’est une bonne idée de savoir quand nous enseignons des outils de la science comme des mots, et quand nous enseignons la science elle-même.

Qu’est-ce qui le fait bouger ?

Pour rendre ce point encore plus clair, je vais critiquer défavorablement certains livres de science, ce qui n’est pas très juste car avec un peu d’ingéniosité je peux aussi trouver des aspects défavorables aux autres. Il y a un manuel de science qui, à la première leçon du niveau primaire commence de manière malheureuse à enseigner la science parce qu’il part d’une fausse idée de ce qu’est la science. On y trouve le dessin d’un chien, un chien jouet mécanique, et une main près du remontoir, puis le chien bouge. Sous le dernier dessin il est écrit “Qu’est-ce qui le fait bouger ?”. Puis il y a l’image d’un vrai chien avec la légende “Qu’est-ce qui le fait bouger ?”, puis l’image d’une moto avec la question “Qu’est-ce qui le fait bouger ?” et ainsi de suite.

Qu’est-ce qui le fait bouger ?

Au début j’ai pensé qu’ils se préparaient à dire ce que concerne la science : la physique, la biologie, la chimie, mais ce n’était pas ça. La réponse était dans l’édition de l’enseignant et la réponse qu’il fallait apprendre était “L’énergie le fait bouger.”

Seulement, l’énergie est un concept très subtil. Il est très très difficile de le comprendre correctement. Ce que je veux dire, c’est qu’il n’est pas facile de comprendre l’énergie assez bien pour l’utiliser correctement, de manière à pouvoir déduire quelque chose correctement en utilisant l’énergie. C’est après l’école primaire. Ca serait tout aussi bien de dire “Dieu l’a fait bouger” ou “l’esprit le fait bouger” ou “la déplaçabilité (movability) le fait bouger”. En fait on peut tout aussi bien dire “L’énergie l’a arrêté”.

Voyez ça ainsi : ce n’est que la définition de l’énergie, elle doit être inversée. On peut dire que quand quelque chose bouge il possède de l’énergie, mais pas que c’est l’énergie qui le fait bouger. Il y a une subtile différence. C’est la même qu’à propos de l’inertie.

Peut-être que je peux rendre cette différence plus claire ainsi : quand vous demandez à un enfant ce qui fait bouger le jouet, vous devriez penser à ce qu’un humain normal répondrait. La réponse est que vous avez remonté le ressort : il essaie de se dérouler en entraînant des engrenages.

Quelle bonne manière de commencer un cours de science. Démontez le jouet, voyez comment il fonctionne. Voyez la subtilité des engrenages, voyez les cliquets. Apprenez quelque chose du jouet, comment il est assemblé, l’ingéniosité des gens qui ont conçu les cliquets et les autres pièces. C’est bien. La question est bonne. La réponse est un peu maladroite parce que ce qu’ils essayaient de faire était d’enseigner une définition de l’énergie, mais au moins quelque chose est appris.

Supposez qu’un élève dise “Je ne pense pas que l’énergie le fasse bouger”. Où va la discussion depuis là?

Pédagogie

J’ai finalement découvert un test permettant de savoir si vous avez enseigné une idée ou juste enseigné une définition.

Le test fonctionne comme ça. Vous dites “Sans utiliser le mot que vous venez d’apprendre, essayer de reformuler ce que vous venez d’apprendre avec vos propres mots.” Sans utiliser le mot “énergie”, dites moi ce que vous savez du mouvement du chien. Si vous ne pouvez pas, vous n’avez rien appris sur la science. Ca peut être assez. Peut-être que vous ne voulez pas enseigner quelque chose sur la science tout de suite. Vous devez enseigner des définitions. Mais pour la toute première leçon, est-ce que ça ne pourrait pas être destructeur ?

Je trouve que pour la leçon numéro un, apprendre une formule mystique pour répondre aux questions est très mauvais. Le livre en a d’autres : “La gravité le fait tomber.”, “Les semelles de vos chaussures s’usent à cause du frottement”. Les chaussures s’usent parce les petites aspérités du trottoir se plantent dans les semelles et en arrachent de petits morceaux. De dire seulement que c’est à cause du frottement est regrettable, parce que ce n’est pas de la science.

Mon père ne s’est que peu occupé de l’énergie et n’a utilisé le terme qu’après que j’aie une petite idée là dessus. Je sais ce qu’il aurait dit, parce qu’il a fait essentiellement la même chose, quoique pas avec le même exemple du jouet. Il aurait dit “il bouge parce que le soleil brille” s’il avait voulu donner la même leçon.

J’aurais dit “Non. Qu’est-ce que ça à a voir avec le soleil qui brille ? Il bouge parce que j’ai remonté le ressort.” - “Et mon ami, pourquoi est-tu capable de remonter le ressort ?” - “Je mange.” - “Et que manges tu, mon ami ?” - “Je mange des plantes.” - “Et comment poussent-elles ?” - “Elles poussent parce que le soleil brille.”

Et c’est la même chose pour le vrai chien.

Et pour l’essence ? Energie du soleil accumulée, capturée par les plantes et préservée dans le sol. Les autres exemples finissent tous avec le soleil. Et ainsi, la même idée que celle que notre manuel voulait introduire est formulée d’une manière très intéressante.

Toutes les choses que nous voyons bouger bougent parce que le soleil brille. Ca explique la relation d’une source d’énergie à l’autre, et ça ne peut pas être nié par un enfant. S’il dit “je ne crois pas que ça peut être du au soleil qui brille”, vous pouvez commencer une discussion. Donc il y a une différence.

C’est juste un exemple de la différence entre les définitions, qui sont nécessaires, et la science. Ma seule objection dans ce cas particulier est que c’était à la première leçon. Ca doit certainement venir plus tard, de dire ce qu’est l’énergie, mais pas après une question aussi simple que “qu’est-ce qui fait bouger le chien ?”. Il faut donner une réponse d’enfant à un enfant : “ouvrons-le, et examinons ça.”

Éloge de l’observation

Pendant ces ballades dans les bois, j’ai appris plein de choses. Sur les oiseaux par exemple, j’ai déjà mentionné les migrations, mais je vais vous donner un autre exemple à propos des oiseaux de la forêt. Au lieu de les nommer, mon père m’a dit une fois “Regarde, tu vois comme cet oiseau picote dans ses plumes ? Il picote beaucoup ses plumes, Pourquoi penses-tu qu’il fait ça ?”

J’ai pensé que c’était parce que les plumes étaient froissées, et qu’il essayait de les lisser. Mon père “D’accord, quand, ou comment ses plumes se seraient froissées ?” “Quand il vole. Quand il marche c’est bon, mais quand il vole ça froisse ses plumes.” Alors il me dit “Alors dans ce cas, il devrait picoter plus ses plumes juste après un atterrissage qu’après qu’il les ait lissées et marché au sol un moment. Ok, observons.”

Alors on a regardé, observé, et il est apparu que l’oiseau picorait ses plumes tout autant et tout aussi souvent, indépendamment du temps passé au sol, et pas seulement juste après un vol.

Donc mon idée était fausse, et je n’arrivais pas à trouver la bonne raison. Mon père me l’a révélée. C’est que les oiseaux ont des poux. Les plumes produisent de petits flocons, dit mon père, et les poux les mangent. Et aux articulations des pattes de ces poux, il y a un peu de graisse qui est sécrétée, et il y a une larve d’acarien qui se nourrit de cette graisse. Mais cette graisse est si nutritive que la larve ne peut pas la digérer complètement, alors le liquide qu’elle rejette contient trop de sucre, et dans ce sucre peut vivre un microbe qui … etc.

Les faits ne sont pas justes, mais l’idée est correcte. D’abord j’ai appris sur le parasitisme, une (bête) sur une autre, sur une autre, sur une autre. Et puis il continua en disant que partout dans le monde où il y a une source de quelque chose qui peut être mangé pour que la vie continue, des espèces vivantes trouvent une manière d’utiliser cette source, et que chaque petite goutte est mangée par quelque chose.

L’important dans ceci est que le résultat de l’observation, même si j’étais incapable d’arriver à la conclusion ultime, était une fantastique pièce d’or, avec de merveilleux résultats. C’était merveilleux.

Supposez qu’il m’ait dit d’observer, de faire une liste, de regarder et d’écrire, et quand j’aurais écrit la liste, de la ranger avec 130 autres listes dans un carnet de notes. J’aurais appris que l’observation est pénible, et qu’il n’en sort pas grand chose.

Je crois qu’il est très important, en tout cas ça l’a été pour moi, que si vous vous enseignez à faire des observations, vous devez montrer que quelque chose de merveilleux peut en résulter. J’ai appris à ce moment là ce qu’était la science : c’était de la patience. Si vous regardiez, observiez et faisiez attention, vous receviez une belle récompense, mais pas à tous les coups. Quand je suis devenu plus adulte, la conséquence a été que j’ai travaillé sur des problèmes péniblement, heure après heure pendant des années, parfois moins longtemps, avec beaucoup d’échecs, beaucoup de choses jetées dans la corbeille, mais une fois de temps en temps il y avait l’or d’une nouvelle compréhension que j’ai appris à espérer alors que j’étais enfant, le résultat de l’observation. Parce que je n’avais pas appris que l’observation n’avait pas de valeur.

En passant, nous avons appris d’autres choses dans la forêt. Pendant nos excursions nous voyions les choses habituelles et discutions sur beaucoup de choses : sur le combat des arbres pour la lumière, comment ils poussent le plus haut possible, et comment ils résolvent le problème de faire monter l’eau à plus de 10 ou 12 mètres, sur les petites plantes plantes sur le sol qui capturent les petits rayons de lumière qui traversent toute la végétation, et ainsi de suite.

Un jour, après que nous ayons vu tout ceci, mon père m’emmena encore dans les bois et dit “pendant tout ce temps où nous avons observé la forêt, nous n’avons vu que la moitié de ce qui s’y passe, exactement la moitié.” J’ai dit “Que veux-tu dire ?” Il a dit : “Nous avons regardé comment toutes ces choses poussent, croissent, mais pour chaque parcelle de croissance il doit y avoir la même quantité de décroissance, sinon les matières seraient consommées pour toujours : les arbres morts resteraient pour toujours au sol après avoir tout absorbé de l’air et du sol, et ça ne retournerait pas dans le sol ou l’air, donc rien d’autre ne pourrait pousser ici car il n’y aurait plus de matière disponible. Pour chaque parcelle de croissance, il doit y avoir exactement la même quantité de décroissance.

Alors suivirent beaucoup de ballades dans les bois au cours desquelles nous avons cassé de vieilles souches, vu pousser des mousses et des champignons. Il ne pouvait pas me montrer les bactéries, mais nous avons vu l’effet de la pourriture etc. J’ai vu la forêt comme un processus continu de transformation des matières.

Il y eut beaucoup de choses similaires, de descriptions faites d’étrange manières. Il commençait souvent à parler de certains sujets ainsi : “Suppose qu’un Martien atterrisse et regarde le monde”. Par exemple, quand je jouais au train électrique, il me racontait qu’il y avait une grande roue mue par l’eau, branchée par des fils de cuivre qui partent dans toutes les directions, et puis qu’il y a de petites roues, et que toutes ces petites roues tournent quand la grande roue tourne. Le lien entre elles n’est que de cuivre et du fer, rien d’autre, aucune pièce mobile. Tu tournes la grande roue là, et toutes les petites roues tournent aussi, partout, et ton train est l’une d’elles. C’était un monde merveilleux que mon père me décrivait.

Vous pourriez vous demander ce qu’il en a tiré. Je suis allé au MIT. Je suis allé à Princeton. Je suis rentré à la maison et il m’a dit “Maintenant tu as une éducation scientifique. J’ai toujours voulu savoir quelque chose que je n’ai jamais compris et, mon fils, j’aimerais que tu me l’expliques.” J’ai dit oui. Il a dit “Je sais qu’ils disent que la lumière est émise par un atome quand il passe d’un état à l’autre, d’un état excité à un état de plus basse énergie.” J’ai dit “C’est juste.” “Et la lumière est une sorte de particule, un je crois.” “Oui” “Donc si le photon sort d’un atome quand il passe de l’état excité à l’état plus bas, le photon doit avoir été dans l’atome excité.” J’ai dit “En fait, non.” Il a dit “Comment peux tu imaginer une particule, un photon sortant de l’atome sans avoir été dedans à l’état excité ?” J’y ai pensé quelques minutes et j’ai dit “Je suis désolé, je ne sais pas. Je ne peux pas te l’expliquer.”

Il a été très déçu après toutes ces années à essayer de m’enseigner quelque chose, que ça ne donne que de si piètres résultats.

Éloge du doute

Ce qu’est la science, je pense, pourrait être quelque comme ça : il y a eu sur cette planète une évolution de la vie jusqu’à l’étape où existent des animaux évolués, intelligents. Je ne veux pas dire juste les êtres humains, mais les animaux qui jouent et apprennent de leurs expériences, comme les chats. Mais à cette étape, chaque animal n’apprendrait que de ses propres expériences. Ils se développement graduellement, jusqu’à ce que certains animaux puissent apprendre plus vite de l’expérience, et puissent même apprendre des expériences des autres en regardant, ou l’un peut montrer à un autre, ou l’un voit ce que l’autre a fait.Donc il est apparu la possibilité que tous puissent apprendre, mais la transmission était inefficace, et ils pouvaient mourir, et peut-être celui qui apprenait mourrait aussi avant qu’il puisse transmettre à d’autres.

La question est : est-il possible d’apprendre plus vite ce que quelqu’un a appris par accident que la vitesse à laquelle la chose est oubliée, soit à cause d’une mauvaise mémoire, soit en raison de la mort des élèves ou de l’inventeur ?

Alors est venu le temps, peut-être, où pour certaines espèces (humaines ?), la vitesse de l’apprentissage augmenta, atteignant une telle cadence que soudainement quelque chose de complètement nouveau arriva : les choses apprises par un unique animal passèrent à un autre, puis à un autre si vite que ce n’est pas oublié par l’espèce. Ainsi devint possible une accumulation de la connaissance de l’espèce.

Ceci a été appelé “ ”. Je ne sais pas qui l’a appelé comme ça en premier (NdT : ). En fin de compte, nous avons ici, dans cette salle, des représentants de ces animaux assis, essayant de relier leurs expériences, chacun essayant d’apprendre de l’autre.

Ce phénomène d’avoir une mémoire de l’espèce, d’avoir une accumulation de connaissances transmissible d’une génération à l’autre était nouvelle, mais elle incorporait une maladie : il était possible de transmettre des idées qui n’étaient pas profitables à l’espèce. L’espèce a des idées, mais elles ne sont pas nécessairement profitables.

Donc un temps est venu où les idées, bien qu’accumulées très lentement, n’étaient pas que des choses utiles, mais un tas de toutes sortes de préjugés, et de croyances étranges et bizarres.

Alors un moyen d’éviter la maladie a été découvert. C’était de douter que ce qui était transmis du passé était vrai, et d’essayer de redécouvrir ce qu’il en est à partir de l’expérience plutôt que de faire confiance à l’expérience du passé sous la forme sous laquelle elle nous a été transmise. Et c’est ce qu’est la science : le résultat de la découverte selon laquelle il vaut la peine de revérifier par de nouvelles expériences directes, et ne pas nécessairement faire confiance à l’expérience de l’espèce humaine du passé. C’est ma meilleure définition.

Je voudrais vous rappeler toutes les choses que que vous savez très bien afin de vous donner un peu d’enthousiasme. En religion, les leçons de morale sont enseignées, mais elles ne sont pas juste enseignées une fois, vous êtes inspirés encore et encore, et je crois qu’il est nécessaire d’inspirer encore et encore, et de rappeler la valeur de la science aux enfants, aux ados et à tout le monde, de différentes manières, et pas seulement pour qu’ils deviennent de meilleurs citoyens, plus capables de contrôler la nature etc.

Il y a autre chose.

Il y a la valeur de la vision du monde créée par la science. Il y a la beauté et les merveilles du monde que nous découvrons à travers les résultats de ces nouvelles expériences. C’est-à-dire les résultats de ce que je vous ai juste rappelé, que les choses bougent parce que le soleil brille. (Cependant, pas tout ne bouge parce que le soleil brille. La Terre tourne indépendamment du fait que le soleil brille, et la réaction nucléaire produit de l’énergie sur Terre, une nouvelle source. Probablement que les volcans sont alimentés par une source différente que le rayonnement du soleil.)

Le monde a l’air si différent après avoir appris la science. Par exemple les arbres sont faits d’air, principalement. Quand ils brûlent ils retournent à l’air et dans leurs flammes, la chaleur libérée est celle que le soleil a fourni pour convertir l’air en arbre, et dans les cendres il y a les petits restes de ce qui n’est pas venu de l’air mais de la terre. Ce sont de magnifiques choses, et le contenu de la science en est merveilleusement plein. Elles sont très inspiratrices, et peuvent être utilisées pour inspirer d’autres.

Science et experts

Une autre des qualités de la science est qu’elle enseigne la valeur de la pensée rationnelle ainsi que l’importance de la liberté de pensée, les résultats positifs qui viennent du doute que les leçons sont toutes justes. Vous devez distinguer ici, spécialement dans l’enseignement, la science des formes et procédures qui sont parfois utilisées pour développer la science. Il est facile de dire : “Nous écrivons, expérimentons et observons et faisons ceci ou cela.” Vous pouvez recopier ce schéma exactement. Mais les grandes religions sont dissipées par les formes suivantes en oubliant le contenu exact de l’enseignement de leurs fondateurs. De la même manière, il est possible de suivre le schéma et de l’appeler “science”, mais c’est de la pseudo-science. C’est ainsi que nous souffrons tous de cette sorte de tyrannie qui existe aujourd’hui dans beaucoup d’institutions qui sont passées sous l’influence de conseillers pseudo-scientifiques.

Il y a beaucoup d’études en pédagogie par exemple où des gens font des observations, des listes, des statistiques et ainsi de suit C’est tout au plus une sorte d’imitation de science analogue aux terrains d’aviation en bois faits par des indigènes des Mers du Sud, avec tours de contrôle et tout. Les indigènes espèrent qu’un grand avion viendra. Ils ont même construits des avions en bois ressemblant à ceux qu’ils voient sur les aéroports autour d’eux, mais étonnamment, leurs avions ne volent pas ***

Le résultat de cette imitation pseudo-scientifique est de produire des experts, tels que beaucoup d’entre vous. Mais vous les instituteurs, qui enseignez réellement aux enfants à la base, vous pouvez peut-être douter des experts. En fait, je peux aussi définir la science d’une autre manière : la science est la croyance en l’ignorance des experts.

Quand quelqu’un dit : “La science nous enseigne ceci ou cela”, il utilise le mot de manière incorrecte. La science n’enseigne rien du tout, c’est l’expérience qui enseigne. Si on vous dit “La science a montré ceci ou cela,” vous pouvez demander “Comment la science montre ceci ? Comment les scientifiques l’ont-ils découvert ? Comment ? Quoi ? Où ?”

Ca ne doit pas être “la science a montré” mais “cette expérience, ou cet effet a montré.” Et vous avez tout autant le droit que n’importe qui d’autre en entendant parler de ces expériences, mais soyez patient en écoutant toutes les informations, de juger si une conclusion sensée en a été tirée.

Dans un domaine tel que l’éducation, si compliqué que la vraie science n’a pas encore été capable d’aller nulle part, nous devons nous reposer sur une sorte de sagesse démodée, une sort d’évidence dirigée. Je suis en train d’inciter l’enseignant de base à avoir de l’espoir et de la confiance en l’intelligence naturelle et le sens commun. Les experts qui vous dirigent peuvent avoir tort.

J’ai probablement ruiné le système, et le étudiants qui viennent à Caltech ne seront plus assez bons. je crois que nous vivons une époque non scientifique dans laquelle tout le verbiage de la communication, de la télévision, les mots, les livres etc. sont non scientifiques. En conséquence, il y a une quantité considérable de tyrannie intellectuelle au nom de la science.

Finalement, à propos de ce “time-binding”, un homme ne peut pas vivre après la tombe. Chaque génération qui découvre quelque chose par sa propre expérience doit la transmettre plus loin, mais doit la transmettre avec un délicat équilibre de respect et d’irrespect, de manière à ce que l’espèce humaine, maintenant qu’elle est consciente de la maladie qui l’atteint, n’inflige pas ses erreurs à sa jeunesse de manière trop rigide, mais passe la sagesse accumulée plus la sagesse qui n’est peut-être pas de la sagesse.

Il est nécessaire d’enseigner à la fois d’accepter et de rejeter le passé avec une sorte d’équilibre qui demande un talent considérable. La science, en plus de tous ses sujets, contient en elle-même une leçon sur le danger de croire à l’infaillibilité des plus grands maîtres de la génération précédente.

Alors continuez. Merci.

Notes Dr.G.

* : voilà pour mesurer le niveau de machisme ambiant dans les années 1940 …

** mais j’ai des doutes : selon la Wikipédia cet oiseau ne vit pas en Amérique du Nord, et je n’ai trouvé “Halsenflügel” nulle part… D’après les recherches d’une passionnée d’oiseaux (ma maman), ce serait plus probablement la , Dusky Thrush en anglais, Rostflügeldrossel en anglais, 斑鸫 en chinois et Turdus eunomus en latin.

*** Feynman a prononcé en 1974 un discours à Caltech intitulé “Cargo cult science” utilisant , et il est déjà traduit ici : “ ”

Référence:

Feynman, R. P. “What Is Science”, 1969, The Physics Teacher, 7(6), 313.

Comment expliquer la relativité aux enfants

Sun, 15 Dec 2013 00:00:00 +0000

Au fait, sur ton magnifique blog , tu ne pourrais pas nous pondre une explication claire des découvertes d’Einstein, comme si nous étions des enfants de 12 ans ? Pourquoi donc les vitesses ne s’additionnent-elles pas (celle du train et de la bille qui y roule par exemple) et qu’il faut y mettre cette constante c ?

Face à ce défi reçu de Franck par e-mail, j’ai commencé par me défiler en lui répondant que c’était assez difficile à expliquer avec des mots, qu’une petite vidéo avec des animations me semblait plus adaptée, et après une petite recherche je lui ai recommandé celle ci-dessous (pas la meilleure, mais en français)

Et puis je me suis rappelé cette citation attribuée à Albert : “Si vous ne pouvez expliquer un concept à un enfant de six ans, c’est que vous ne le comprenez pas complètement”, qui m’oblige à justifier ma dérobade. Outre le fait que cette phrase n’est , je ne prétends d’une part pas comprendre complètement la relativité, mais surtout je ne suis pas sur qu’un enfant “normal” pourrait la comprendre même si les meilleurs vulgarisateurs du monde la lui expliquaient. Pas parce que le développement cognitif de l’enfant serait insuffisant pour comprendre, mais parce que:

La relativité ne fait pas partie des “expériences sensibles”.
Les démonstrations non mathématiques de la relativité restreinte sont encore trop verbeuses.

Détaillons ceci dans deux paragraphes.

1. Je peux toucher ?

Hubert Reeves disait à propos de la relativité :

La réaction d’un esprit non préparé est normalement : “je ne comprends pas.” En fait il n’y a rien à “comprendre”: voilà un énoncé qui représente un fait vérifié par l’expérience. On part de là; on n’y arrive pas après raisonnement. On constate le fait, comme on constate l’existence du monde, comme on constate sa propre existence.

L’incrédulité de St Thomas par Le Caravage, parce que je trouve qu’il va bien là.

Malheureusement on ne constate pas la relativité comme un fait dans la vie quotidienne : il n’existe pas d’expérience permettant de visualiser un effet relativiste dans sa cuisine ou dans une classe primaire. Dans un coûteux labo de physique universitaire on peut commencer à “toucher” la relativité par l’expérience, mais dans une classe primaire on est paradoxalement forcé de travailler à un niveau d’abstraction supérieur, à partir de descriptions d’expériences réalisées par d’autres, et par raisonnement, Ce n’est pas facile, même au niveau de l’enseignement supérieur .

Ma suggestion à un enseignant qui voudrait s’attaquer à une introduction à la relativité serait de relever le défi à l’envers, en demandant aux élèves d’imaginer un monde dans lequel la lumière irait beaucoup plus lentement, par exemple à 10 m/s (36 km/h) seulement. Que verrait un coureur de 100m pendant les 10 secondes de sa course s’il regardait le chrono placé à l’arrivée ? Et à l’arrivée, qu’indiquerait le chrono placé au départ ? Que se passerait-il s’il essayait de brûler les fesses du concurrent devant lui avec un rayon laser ?

Ensuite, la classe pourrait jouer un peu avec “ ”, un jeu video gratuit développé par le MIT dans lequel la lumière ralentit au fur et à mesure qu’on trouve des objets :

Puis tenter d’expliquer pourquoi les couleurs se modifient, faire le parallèle avec l’ sonore bien perceptible au passage d’une ambulance pour introduire l’idée que la lumière est une onde. Commencer à se demander ce qui se passerait si le coureur de 100m pouvait dépasser la vitesse de la lumière. Que verraient les caméras ? Que verrait-il, lui ? Que pourrait-il faire une fois à l’arrivée alors que les rayons lumineux émis pendant sa course ne seraient pas encore arrivés ?

2. Chérie, j’ai rétréci la formule

Le paragraphe suivant est tiré d’un ouvrage fondamental de la physique:

Les changements qui arrivent dans le mouvement sont proportionnels à la force motrice, et le sont dans la ligne droite dans laquelle cette force a été imprimée. Si une force produit un mouvement quelconque, une force double de cette première produira un mouvement double, et une force triple un mouvement triple, soit qu’elle ait été imprimée en un seul coup, soit qu’elle l’ait été peu à peu et successivement, et que ce mouvement, étant toujours déterminé du même côté que la force génératrice, sera ajouté au mouvement que le corps est supposé avoir déjà, s’il conspire avec lui; ou en sera retranché s’il lui est contraire, ou bien sera retranché ou ajouté en partie, s’il lui est oblique; et de ces deux mouvements il s’en formera un seul, dont la détermination sera composée des deux premières.

Compris ? Pourtant c’est ainsi que Newton lui-même énonce sa dans ses en 1687 (la traduction française date de 1756 ). De nos jours, on résume ceci par F = m.a

Même le cancre interrogé sur “efégalema” ne parviendra pas à emberlificoter ses explications autant que le grand Newton, pour autant qu’elles soient justes. En 3 siècles, les 803 caractères de la formulation newtonienne destinée à l’élite intellectuelle de son temps ont été réduits à 5 symboles assénés à tous les ados du monde ou presque.

Et ce n’est pas un cas unique. Même E=m.c² est un raccourci de l’article d’Einstein qui disait initialement

Si un corps perd une énergie L sous forme de rayonnement, sa masse diminue de L/c2

A mon humble avis, la relativité (qui ne se résume pas à E=m.c²) est encore trop jeune pour avoir été formulée sous une forme assez claire, cohérente et compacte pour être transmise à - et comprise par - des enfants. Plusieurs générations de professeurs devront encore raffiner leur approche pédagogique de la relativité par des livres grand public , voire l’expérimentation animale avant que la relativité ne soit enseignée au secondaire, puis peut-être au primaire dans les classes des …

Et avec tout ça, j’ai encore éludé la question de Franck … je suis tenté d’y répondre par “Tu comprendras quand tu seras plus grand” mais je préfère “Cherche et tu trouveras” ;-)

Références:

Hubert Reeves “ ”, 1961, Liberté, 3(2), 490–492. \[[pdf](http://www.erudit.org/culture/liberte1026896/liberte1430666/59825ac.pdf)\]
Pierre MAGNIEN “La relativité restreinte dans le programme de TS : Cherchez l’erreur!” \[[pdf](http://acces.ens-lyon.fr/clea/lunap/Relativite/relativite-restreinte-principes-et-applications/RR_TS.pdf)\]
John Conduitt (1990). Principes mathématiques de la philosophie naturelle. Gabay. ( )
Albert Einstein “ ” 1905
Jerome Pohlen (2012). Albert Einstein and relativity for kids: his life and ideas with 21 activities and thought experiments.
Chad Orzel (2012). How to teach relativity to your dog. Basic Books.

La programmation, latin du futur ?

Sat, 07 Sep 2013 00:00:00 +0000

Dans un récent article Anna Lietti fait le point sur une question qui fait son chemin un peu partout:

Pour former des citoyens «informatiquement éclairés»*, l’école doit-elle enseigner à tous le b. a.-ba de la programmation?

Selon certains comme , les enfants du numérique ont une “expérience rusée” du fonctionnement des machines, mais leur approche intuitive approche vite ses limites et ne leur permet pas de dominer la machine. Or cette domination est nécessaire pour contrôler notre monde, de plus en plus automatisé, numérique et interconnecté. On le voit avec l’affaire : contrôler , c’est avoir le pouvoir sur ses utilisateurs…

Des précurseurs comme (élève de ) se sont intéressés dès les années 1960 à la pédagogie de l’informatique et inventé des outils comme le pour initier à l’algorithmique et à la programmation procédurale dès l’enfance. Pourtant, 50 ans plus tard, aucun pays n’intègre la programmation au cursus scolaire primaire, peu le font au niveau secondaire, et la branche y est rarement obligatoire.

En Grande-Bretagne, suite à un rapport de la Royal Society intitulé “Shut down or restart” qui jugeait l’enseignement de l’informatique tellement insatisfaisant qu’il vaudrait mieux ne rien faire, la décision a été prise d’initier les enfants dès 5 ans à la programmation dès la rentrée 2014 et que la programmation devienne une branche obligatoire du baccalauréat au même titre que la physique ou la chimie.

En France aussi, un récent rapport de l’Académie des Sciences vient de recommander d’aller plus loin que la récente (ré)introduction de la spécialité “ ” en terminale S , en incluant “une initiation aux concepts de l’informatique” dès l’école primaire , puis “un véritable enseignement d’informatique, qui ne soit pas noyé dans les autres enseignements scientifiques et techniques, mais développe des coopérations avec ceux-ci dans une volonté d’interdisciplinarité” au collège, puis “proposer un enseignement obligatoire d’informatique en seconde” au lycée.

Plusieurs initiatives se développement également en Suisse, notamment:

le Prof. Juraj Hromkovic avec son module “ ”, adopté dans une trentaine d’établissements en Suisse alémanique
Jürg Kohlas, qui promeut l’enseignement de l’informatique comme discipline fondamentale au gymnase (=lycée) dans un livre tout récent , en recommandant de commencer par former les professeurs, un problème qui semble général…
un "script" en Scratch

Manuela Barraud et Olivier Jorand proposent des ateliers de “ ” combinant programmation et robotique ludique dans la continuation de la “philosphie Logo”, mais ils forment aussi des enseignants à leur approche. Outre Logo, ils utilisent le langage semi graphique développé au MIT pour les enfants dès 7 ans.

Pour ma part, voici les quelques leçons que je tire de ma maigre expérience de l’enseignement de la programmation des deux côtés de la barrière:

Pas facile d’être prof. quand certains élèves maîtrisent mieux le sujet. Il faut une formation en béton, et si possible conserver le choix des armes…
La robotique est très motivante pour les jeunes. Avec juste une boucle et quelques tests on peut faire bouger quelque chose de concret alors que sur un écran il faut beaucoup plus de code pour faire quelque chose d’un tant soit peu excitant.
Mais les robots c’est cher et délicat, alors les environnements virtuels en 3D sont un bon compromis : ils conservent un rapport résultat visuel/code élevé tout en ouvrant des possibilités amusantes comme sans que la SPA ne proteste ( ), ou monter un canon sur un robot sans occasionner trop de dégâts ( testé avec succès au )
L’âge minimum pour s’intéresser à la programmation est celui où l’enfant est capable de comprendre la notion de . Je dirais expérimentalement vers 10 ans. Les boucles, les tests, même les sous-programmes et les fonctions peuvent encore passer plus tôt avec des choses comme “POUR CARRE : REPETE 4 \[AV 100 TD 90\]: FIN”, mais c’est peut-être justement une raison de l’échec de la programmation au primaire : sans la capacité d’abstraction nécessaire pour associer une information (nombre, texte etc…) à un symbole, on est très vite limité. Or cette n’est introduite, sauf erreur, que vers 10-12 ans, et n’est pas assimilée facilement par tous. Imaginez alors la pagaille dans les esprits si le prof de maths dit que “x=2*x-1 a pour solution x=1” et l’heure d’après celui d’informatique dit que “x=x+1 incrémente la valeur de x” …
Il est très difficile de découpler l’enseignement de la programmation de celui des maths. En particulier pour la robotique ludique (réelle ou virtuelle) on a très rapidement besoin des vecteurs, de la trigonométrie, voire de notions d’intégration et dérivation pour passer des vitesses aux positions ou vice-versa.

Donc je ne crois pas à l’introduction de la programmation au primaire. Et sans programmation, pour quoi “faire de l’informatique” ? Et plus tard, au collège et au lycée, à quoi bon enseigner la programmation si on ne veut pas former des armées de programmeurs ?

La programmation, latin du futur ?

C’est un paragraphe de l’article qui a particulièrement retenu mon attention :

L’idée n’est donc pas de former de futurs programmeurs, mais d’initier les enfants à un langage programmatique** simple pour les familiariser avec la logique informatique. Les adeptes de cet enseignement ne tarissent pas d’éloges sur ses vertus pédagogiques. La programmation apprend à penser un problème jusqu’au bout, à construire des processus qui marchent en apprenant de ses erreurs. (…)

Et encore: le langage informatique enseigne à penser logiquement et systématiquement. «Peu de disciplines nécessitent une telle rigueur mentale», observe Jürg Kohlas. Bien sûr, les langues programmatiques** sont multiples et mouvantes. Mais quand on en a appris une, il est facile de se familiariser avec les suivantes.

Ça ne vous rappelle rien? Ne croirait-on pas entendre parler du latin? «La programmation est bel et bien un langage avec un vocabulaire, une grammaire, une syntaxe, acquiesce Juraj Hromkovic. Mais il y a une grosse différence avec les langues naturelles: la plupart des gens ne savent même pas qu’ils ont affaire à un langage.»

Dans mon esprit de lycéen des années 1980, la programmation n’avait rien, mais alors RIEN à voir avec la langue morte infligée aux fils d’avocats par des curés nostalgiques. Mais avec le recul, je partage le point de vue de gens qui connaissent le latin et la programmation comme Tyler Plack ,

Ecrire en latin ou programmer un ordinateur requièrent tous deux une compréhension qui dépasse la pensée humaine complexe et la simplifie. De tels processus sont ce qui nous permet de penser clairement; ils font de nous qui nous sommes.

Donc oui, il faut enseigner la programmation aux lycéens, même si “ça ne sert à rien”, comme le latin. Faut-il en faire une branche obligatoire du bac ? Certainement, au moins pour ceux qui ne font pas de latin.

Parce que combiner les deux peut donner des idées trop bizarres. Damian Conway par exemple en a été perturbé au point d’écrire un module définissant des alias latins pour tous les éléments du langage , ce qui permet de rendre ce code :

\[code lang="perl"\]

use Lingua::Romana::Perligata; maximum inquementum tum biguttam egresso scribe. meo maximo vestibulo perlegamentum da. da duo tum maximum conscribementa meis listis. dum listis decapitamentum damentum nexto fac sic nextum tum novumversum scribe egresso. lista sic hoc recidementum nextum cis vannementa da listis. cis.

\[/code\]

parfaitement valide et absolument équivalent à celui-ci:

\[code lang="perl"\]

print STDOUT ‘maximum:’; my $maxim = ; my (@list) = (2..$maxim); while ($next = shift @list) { print STDOUT $next, “\n”; @list = grep {$_ % $next} @list; }

\[/code\]

Et si après , la programmation permettait de moderniser l’enseignement du latin ?

Notes:

* l’expression est de Jean-Pierre Archambault, président de (qui a un site très moche)

** voilà bien la marque des pédagogues : surtout ne pas utiliser l’expression ” adopté par l’ensemble de la profession… Ou alors la journaliste n’a pas vérifié… (edit : c’est bien ça, Confirmé par anna Lietti…)

Références

Anna Lietti “ ” 2013, L’Hebdo No 34, p. 38-41
Jürg Kohlas, Jürg Schmid, Carl August Zehnder (2013). informatique@gymnase: Un projet pour la Suisse. NZZ Libro. ( )
Steve Furber “ ” January 2012, Royal Society
Académie des Sciences “ ", Rapport de l’Académie des sciences , Mai 2013
Jean-Pierre Archambault “ ”, 2012, l’Etudiant
" ” 2011, Framablog (trouvé grâce à l’image du T-shirt)
Tyler Plack “ ” (sur internet archive)
Damian Conway, “ ”, 2000, School of Computer Science and Software Engineering, Monash University (internet archive)

Un peu de pédagogie grâce à Pythagore

Sat, 28 Apr 2012 00:00:00 +0000

Je donne des cours depuis longtemps, avec plus ou moins de succès. Parfois mes élèves se sont endormis, parfois ils n’ont pas osé parce que leurs patrons payaient très cher leur formation. Une fois, 300 gaillards ont quitté l’amphi à la cloche sans me lancer de tomates. Une autre fois, une très jolie fille à qui je donnais des cours d’appui en maths a préféré m’épouser… Sans ressentir de véritable vocation d’enseignant, j’aime bien “transmettre mon savoir”, alors à quoi bon la pédagogie ?

Actuellement je passe environ 10% de mon temps de travail à former des collaborateurs, et comme mon employeur dispose d’un centre de formation pour ses 270 apprentis et la formation continue de son personnel, j’ai bénéficié d’une “formation de formateur” de trois jours, une excellente introduction à la . Révélation. On a pris des baffes, mais c’était salutaire. Avis à presque tous mes anciens élèves : je ne donnerai plus de cours comme avant, promis !

En tournant autour du , un participant a mentionné la démonstration du comme exemple type du truc asséné par la et qu’on ne retient pas, parce que ce n’est pas “3U” : utile + utilisable + utilisé. Comme chaque participant devait élaborer une petite formation de 20 minutes, l’ de la mienne était tout trouvé :

“Réconciliez-vous avec Pythagore au point d’être capables de démontrer son Théorème à vos enfants avec du papier et des ciseaux.”

Pour ça j’ai pondu ce et le petit , expérimenté sur mes collègues/cobayes :

2 mins : méthode interrogative “qui se souvient du théorème de Pythagore ?”. Faire dire aux participants qu’il concerne les triangles rectangles, qu’il s’agit de la relation entre la longueur des côtés. Faire dire la relation, ou au moins qu’elle concerne les carrés. Lequel des côtés est appelé hypothénuse ? (là surprise : un participant se souvient que l’ autre s’appelle “ ”, ce que j’avais oublié, car inutile :-) )
3 mins : méthode explicative : il y a environ 2500 ans, a eu l’idée géniale que la relation entre les côtés des triangles rectangles impliquait les carrés. Dessin de la figure de l’interprétation géométrique. Comment a-t-il eu cette idée ? Personnellement je pense que c’est peut-être en découvrant le (3,4,5) et en remarquant que 3²=9, 4²= 16, 9+16=25=5². Ajout du 5.5.12 : c’est bien ça ! je viens de découvrir la des égyptiens grâce à la ! Mais l’existence des triplets comme (3,4,5) ne constitue pas une “démonstration”. Pour démontrer Pythagore, il faut montrer que la relation a²+b²=c² est vraie pour tout triangle rectangle. Une démonstration géométrique se base sur un dessin avec un triangle quelconque, mais peut être répétée quel que soit le triangle.
5 mins : méthode découverte : donner la page A du (j’avais prédécoupé les triangles pour gagner du temps). L’idée est que les participants retrouvent par eux-mêmes l’une des méthodes suivantes:
- le puzzle de animé et en video:
- le réarrangement
5 mins : si on a le temps (on ne l’a pas eu parce que le point ci-dessus prend 10 mins au lieu de 5), voir cette et la reproduire à l’aide de la page B du et de carrés a² et b² à découper :

La démonstration de Gougu, mon cousin chinois du IIIème siècle
6 mins ( 1 min par participant) : évaluation : chacun reproduit la démonstration sans aide.

Au debriefieng, le retour des participants est assez bon, ils ont apprécié mais font remarquer que je n’ai pas parlé de l’utilité du théorème de Pythagore. Et c’est vrai. J’y avais pensé mais je ne voulais pas trop digresser sur la norme euclidienne dans un espace à 3 dimensions et ses applications dans les jeux vidéo (on ne se refait pas…) lorsqu’un participant à mentionné la longueur de la rampe d’un escalier. Effectivement, c’est simple, parlant et je n’y avais pas songé…

Malgré ça j’étais assez content de moi, persuadé que toute l’assistance allait passer la soirée en famille avec mes petits triangles de papier lorsque le formateur me dit : “j’ai rien compris”. Voyant mon air catastrophé il ajoute aussitôt : “par contre j’ai réalisé un truc aujourd’hui, à 59 ans : quand on dit 3 au carré, ça correspond à la surface d’un carré de 3 par 3.” Réalisant que j’étais sorti de sa , je lui ai dit que ce qu’il avait compris était beaucoup plus important que le théorème de Pythagore, et que j’étais très content.

Et je l’étais vraiment, mais la vraie raison pour laquelle j’avais mis sur pied cette formation continuait à me turlupiner : peut-on vraiment enseigner (= transmettre des compétences ) des notions demandant un certain degré d’abstraction (comme les maths) par des méthodes très interactives ? Et même si oui, en quoi découper et bouger des petits triangles en papier serait-il plus pédagogique que tracer des symboles mathématiques sur du papier ? Ou n’est-ce qu’un problème de prérequis ? Quand on “ne sait plus qu’on sait” , la phrase qui tue “mais c’est évident, voyons” n’est pas loin…

En pensant à ça et à l’escalier, je me demande si le problème de l’apprentissage ne réside pas dans la hauteur des marches ? Pour une même pente d’apprentissage, il y a peut être des domaines (lecture, écriture, sciences humaines ?) dans lesquelles l’escalier est formée de nombreuses marches très petites, formant presque une rampe continue alors que lees maths et les sciences “dures” m’apparaissent comme de vraies marches, parfois hautes, correspondant à des notions qu’il faut intégrer, appliquer, digérer avant d’attaquer la marche suivante.

Tout ça m’a aussi donné une idée à propos des : peut-être qu’ils ne nous répondent pas parce que leur société est dirigée par des pédagogues et que leurs mathématiciens, génétiquement incapables de transmettre leur science d’une manière accessible à tous, sont relégués dans une basse caste…

Ensuite j’ai du me concentrer parce qu’un autre participant nous a appris à faire une mayonnaise et je ne voulais pas rater la mienne. Parce qu’une mayonnaise, ça se mange !

Quelques liens:

sur MediaMaths
Elisha S. Loomis (1968). The Pythagorean proposition: its demonstrations analyzed and classified, and bibliography of sources for data of the four kinds of proofs.. National Council of Teachers of Mathematics. (un !)