Résoudre un problème de physique, c’est simple ?

En visitant le site de Christophe Humblet, un collègue à moi, j’ai découvert un texte très intéressant. Vous le trouverez ici sur Stratesys, le site de Christophe Humblet , mais aussi sa version originale parue ici.

Voici la traduction de ce texte :

Résoudre un conflit …

Il y a quelques temps, j’ai reçu un appel d’un collègue. Il était sur le point de mettre un zéro à un étudiant pour sa réponse à un devoir de physique. Mais l’étudiant réclamait une excellente note. Le professeur et l’étudiant s’étaient mis d’accord pour avoir recours à un arbitre impartial et ils m’ont choisi. Je lus la question du devoir :

Montrez qu’il est possible de déterminer la hauteur d’un immeuble à l’aide d’un baromètre.

L’étudiant avait répondu de la façon suivante :

Montez le baromètre au sommet de l’immeuble. Attachez-le à une longue corde, faites-le descendre jusqu’au sol. Remontez la corde, mesurez sa longueur. La longueur de la corde correspond à celle de l’immeuble.

L’étudiant était fortement convaincu d’avoir entièrement raison puisqu’il avait répondu à la question complètement et correctement ! D’un autre côté, si on lui donnait la note maximale, cela conduirait à lui donner un diplôme de physique et à certifier ses compétences en physique. Mais sa réponse ne confirmait pas celles-ci.

Un problème a-t-il une seule solution ?

Je suggérais de donner une autre chance à l’étudiant. Je lui accordais 6 minutes pour répondre à la question avec l’avertissement que la réponse devrait montrer des connaissances en physique. Au bout de 5 mn, il n’avait encore rien écrit. Je lui demandais s’il souhaitait abandonner mais il me répondit qu’il avait plusieurs réponses à ce problème et qu’il réfléchissait simplement à laquelle était la meilleure. Je m’excusais de l’avoir interrompu et je lui demandais de poursuivre.

La minute suivant, il rédigeait sa réponse qui était la suivante :

Prenez le baromètre au sommet de l’immeuble et suspendez-le au bord du toit. Laissez tomber le baromètre et chronométrez sa chute. Ensuite, en utilisant la formule x = 0,5 x a x t2, calculez la hauteur de l’immeuble.

A ce stade, je demandais à mon collègue s’il voulait abandonner. Il accepta et donna la note maximale à l’étudiant. En partant du bureau de mon collègue, je me rappelais que l’étudiant avait dit avoir d’autres réponses au problème et je lui demandais lesquelles.

L’étudiant me dit

– Et bien, il y a plusieurs façons de mesurer la hauteur d’un immeuble avec un baromètre. Par exemple, vous pouvez mettre le baromètre dehors par un jour ensoleillé et mesurer sa hauteur, la hauteur de son ombre, puis la hauteur de l’ombre de l’immeuble. Puis par l’usage d’une simple règle de 3, vous déterminez la hauteur de l’immeuble.

– Parfait ! Il y a d’autres façons encore ?

– Oui. Il existe un moyen très simple que vous apprécierez. Avec cette méthode, vous prenez le baromètre et vous commencez à monter les escaliers. En grimpant, vous marquez la hauteur du baromètre sur le mur. Vous pouvez ensuite compter le nombre de marques ce qui vous donnerez la hauteur de l’immeuble en unité barométrique.

– Une méthode très directe.

– Oui bien sur. Si vous en voulez une plus sophistiquée, vous pouvez attacher le baromètre à une ficelle, le balancer comme un pendule et déterminer le valeur de g au niveau de la rue puis au sommet de l’immeuble. De la différence entre les 2 valeurs de g, vous pouvez déduire la hauteur de l’immeuble.
Dans le même esprit, vous pouvez emmener le baromètre au sommet de l’immeuble, l’attacher à une corde puis le faire descendre juste au niveau de la rue puis le balancer comme un pendule. Vous pouvez ensuite calculer la hauteur de l’immeuble en utilisant la période de précession. »

Il conclut en disant :

En fait, il y a de nombreuses autres manières de résoudre ce problème.
Mais la meilleure est probablement de prendre le baromètre au rez-de-chaussée et de frapper à la porte du gardien. Lorsque le gardien répond vous lui dites : « M. le Gardien, voici un magnifique baromètre. Si vous me dites la hauteur de l’immeuble, je vous donne ce baromètre.

A ce stade, je demandais à l’étudiant s’il connaissait la réponse conventionnelle à cette question.
Il admit que oui, il la connaissait … mais me dit aussi qu’il en avait ras-le-bol que les profs de lycée et d’université essaient de lui expliquer comment penser.

Cet étudiant était Niels Bohr et l’arbitre, Ernest Rutherford.

Comme quoi les difficultés entre les professeurs et leurs étudiants ne datent pas d’hier 😀 …

Cela m’a rappelé aussi un échange entre un prof et son élève dont j’ai parlé ici.

Quelques livres autour de la relation enseignant-élève et de la pédagogie :