lundi 24 septembre 2018

La relativité générale et ses applications en cosmologie : un cours pour le secondaire

Une physique du 19ème à l'école : inévitable ? Peut-être pas !

Beaucoup d'enseignants estiment que la relativité et la cosmologie sont hors de portée des élèves du secondaire II… 
Il en résulte que la physique enseignée est
essentiellement une physique du 19ème ( je cite une didacticienne de la Physique récemment retraitée).
Alice Gasparini, Docteure en Physique et enseignante au collège a voulu montrer que ce n'est pas inéluctable et a exploré les possibilités. Elle propose un cours et des exercices publiés avec le prof A. Mueller de l'UNIGE.





S'introduire aux notions de la relativité générale et ses applications en cosmologie : un cours pour le secondaire édité chez les Presses Polytechniques et Universitaires Romandes
 À l'occasion du centenaire de la relativité générale (novembre 2015), le pôle national de recherche SwissMAP (« The Mathematics of Physics ») a lancé un projet pédagogique visant à introduire auprès des élèves des écoles secondaires (collèges, gymnases, lycées) les notions de base de la relativité générale et de la cosmologie moderne. Ce projet a abouti à un cours dont l'originalité est celle d'avoir un niveau de transposition se situant entre le « zéro équations » adressé au large public et la géométrie tensorielle réservée aux spécialistes universitaires : il se base uniquement sur les notions de mathématiques et physique enseignées au secondaire post obligatoire. Le but de ce projet n'est donc pas de remplacer les contenus traditionnellement enseignés, mais plutôt de les consolider tout en traitant des contenus motivants pour les élèves.
Gasparini, A & Müller, A. (2017). Cosmologie & relativité générale, Activités pour les élèves du Secondaire II, SwissMAP, Université de Genève.  http://nccr-swissmap.ch/education/highschool/GRcourse
Gasparini, A (2018). Cosmologie & relativité générale, Une première approche. PPUR. Cf. Ici aux presses polytechniques et universitaires romandes 
Cosmologie & relativité générale De Alice                        Gasparini - PPUR

L'ouvrage comprend 9 chapitres, allant de l'introduction à l'astrophysique jusqu'aux ondes gravitationnelles – dont la première détection historique a eu lieu pile pendant la création du cours – en passant par l'effet de lentille gravitationnelle, les trous noirs et les équations cosmologiques. Sept annexes complètent le cours afin d'intégrer et/ou d'approfondir les notions complémentaires dont le lecteur pourrait avoir besoin pour une compréhension aisée du cours principal. Chaque chapitre possède une série d'exercices y relatifs avec leur correctif. Les énoncés des exercices sont librement disponibles sur le site SwissMAP (les correctifs sont réservés aux enseignants et peuvent s'obtenir sur demande)
Des copies du livre (à nouveau disponible après la rupture de stock PPUR) sont à disposition enseignants intéressées (sur demande).
Le cours peut être dispensé dans sa version intégrale sur deux semestres à raison de 2 périodes par semaine, par exemple dans le cadre d'un cours à option complémentaire (OC PY) du collège genevois. Mais il constitue également une « boite à outils », où les contenus et/ou les exercices peuvent être choisis de manière ponctuelle, et insérés selon le niveau dans un cours de discipline fondamentale (DF PY), ou encore d'option spécifique de physique et application des mathématiques (OS PY-AM).
En effet, le niveau des exercices et des notions varie selon les chapitres :
-       dans les premières séries on trouve des activités ne demandant pas de connaissances préalables spécifiques en physique et faisant travailler les élèves sur des notions comme les transformations d'unités, les ordres de grandeurs ou la proportionnalité ;
-       dans toutes les séries, la plupart des exercices et des activités se base sur les contenus de mécanique, d'ondes, d'électricité et de chaleur du curriculum DF PY ;
-       une partie des exercices des séries relatives aux derniers chapitres demandent des connaissances plus spécifiques en mathématiques, comme l'intégration et la dérivation des fonctions ;
-       quelques exercices demandent des connaissances simples en programmation numérique et applications mathématiques.
De plus, les sujets traités constituent une base idéale pour le développement de travaux de maturité.
Par ailleurs, des thèmes parcourent de manière transversale l'ensemble du cours et constituent un « fil rouge » qui aide les élèves à s'approprier des contenus tout au long de différents chapitres, en consolidant leurs notions de base en mathématiques et en physique. L'ordre et le choix des activités concernant un thème spécifique est flexible et peut s'adapter aux contraintes liées à l'enseignement et au niveau des élèves.
Par exemple le thème « courbure de l'espace et effet de lentille gravitationnelle » débute avec une approche géométrique et intuitive de la notion de courbure pour l'appliquer ensuite à des cas simples d'observations d'anneaux et croix d'Einstein. Des démonstrations et des exercices s'appuyant sur la trigonométrie et l'algèbre complètent la modélisation du phénomène, et des manipulations permettent de tester les prévisions et reproduire les plus belles images de strong lensing en classe (de plus que réviser l'optique géométrique). Les contenus appris dans le chapitre sur l'effet de lentille gravitationnelle s'appliquent naturellement au chapitres suivants : les trous noirs, la courbure de l'univers et les ondes gravitationnelles.
Le thème « comparaison entre l'interaction gravitationnelle et électrique » débute au premier chapitre en introduisant les ordres de grandeur en jeu dans les deux interactions, il est ensuite repris dans les chapitres sur le principe d'équivalence (pour introduire les notions de base de la relativité générale) et sur la chronologie du Big Bang (en comparant gravitation et électromagnétisme à l'interaction nucléaire forte) puis ultérieurement développé dans le chapitre sur les ondes gravitationnelles. Ou encore le thème « expansion de l'univers » introduit dans les premiers deux chapitres les découvertes observationnelles de l'expansion, du fond diffus cosmologique, et celle plus récente de l'accélération cosmique : en avançant dans le chapitres, la modélisation mathématique permet de décrire la dynamique de l'univers et les implications théoriques des observations, jusqu'à l'introduction récente de modèles encore hypothétiques qui essaient de résoudre les problèmes observationnels actuels (inflation, gravité modifiée).
 Alice Gasparini

mercredi 19 septembre 2018

Formcont : Médecine personnalisée / les modèles 3D pour la classe / Ethologie humaine ?

Formations continues : les modèles 3D en classe, médecine personnalisée, éthologie

La formation continue offre cette année pour les biologistes 4 cours
  • La médecine personnalisée PO 423 (2 Me après-midi en février-mars) (prof Hurst,  Antonarakis à confirmer )

  • L'impression 3D pour l'enseignement
    • SEM18-1 plus technique au SEM
    • PO 422 plus didactique avec la FC-PO) à TECFA

  • PO-424 - De l'éthologie classique à la biologie du comportement actuelle Rémy Kopp organise avec les Pr. Maurer, Zuberbuhler, Roulin  13 février 2019 (journée):

La médecine personnalisée : opportunités et défis pour l'enseignement !

Comprendre les techniques qui  rendent possible un traitement différencié en fonction des caractéristiques individuelles (génome, Big Data, etc.) (prof Antonarakis pressenti, Dr Marie-Claude Blatter)
Prendre la mesure des transformations prévisibles de la médecine et du système de santé.
Enjeux de société découlant de ces transformations : questions éthiques ( prof Samia Hurst)
Explorer les changements dans les contenus et les approches de divers enseignements (F.Lombard)

Fig 1: la médecine classique proposait la même thérapie à tous ceux qui ont le même diagnostic. De plus en plus on peut différencier le traitement en fonction de la personne, de ses caractéristiques génétiques notamment. Source :Ligue suisse contre le cancer

Imprimer des modèles 3D, mais pour quoi faire en classe ? 

L'usage en classe des modèles qu'on fabrique soi-même (notamment de molécules) avec ces imprimantes 3D  qu'on trouve à moins de 500.- ouvre des possibilités considérables mais soulève des questions importantes. Venez découvrir et partager vos expériences. 

  • Avec la formation continue de l'ES II (ex PO)  merc. 7 Novembre (après-midi à TECFA) plus didactique : quels usages en classe comment trouver et utiliser  (et comment les préparer pour les faire imprimer) s'inscrire ici

  • Avec le SEM18-1 merc. 20 mars (après-midi) plus technique  :   comment trouver et préparer pour imprimer (et quels usages en classe) s'inscrire ici

Un article du Café pédagogique sur l'utilisation des imprimantes 3D en biologie:
http://www.cafepedagogique.net/lemensuel/lenseignant/sciences/svt/Pages/2018/180_Alaune.aspx

Ethologie  et comportement humain ?

Alors que l'éthologie est au programme de plusieurs parcours, elle n'a guère de place dans la formation suivie par plusieurs enseignants. De plus les travaux récents complètent et nuancent les classiques Konrad Lorenz, Niko Tinbergen, etc. 
Notamment en osant discuter le comportement humain et l'interaction gènes et environnement pour déterminer certains choix et actions humaines.

Rémy Kopp organise 13 février 2019 (journée) avec les Pr. Maurer, Zuberbuhler, Roulin  une formation à  suivre absolument :

mardi 11 septembre 2018

Des solutions géospatiales,pour un monde plus durable jusqu'au 12 septembre

One Planet. Many Geospatial Solutions.                            des solutions géospatiales pour un monde plus                            durable
L'Institut des sciences de l'environnement de l'UNIGE a le plaisir de vous inviter au vernissage de son exposition
One Planet
Des solutions géospatiales
pour un monde plus durable
le jeudi 30 août 2018 à 18h,
à la Salle d'exposition de l'UNIGE,
Uni Carl Vogt (66 bd Carl-Vogt).
Les alarmes sonnent de toute part: le climat, la biodiversité, les pollutions, la surexploitation menacent l'intégrité même de notre planète. Que pouvons-nous faire?
Cette exposition montre comment les outils d'analyses spatiales apportent des solutions concrètes aux enjeux complexes du développement durable à différentes échelles.
Pour plus d'informations >>
Du 27 août au 12 septembre 2018
Du lundi au vendredi, de 7h30 à 19h
Salle d'exposition de l'UNIGE, Uni Carl Vogt (66 bd Carl-Vogt)

mercredi 5 septembre 2018

Esprit critique et citoyenneté : organisez un café scientifique dans votre établissement avec un-e spécialiste de l'UNIGE !

Le débat scientifique et la rencontre d'authentiques chercheurs ... le fait-on assez à l'école ?

« En matière de culture, on ne peut plus se contenter de connaitre Madame Bovary de Flaubert, Belle du Seigneur d'Albert Cohen, la fugue pour deux - violoncelles de Schubert, et se gausser en public de ne rien comprendre à l'ADN, aux particules élémentaires (celles qui composent la matière, pas le dernier roman à la mode!), à la théorie quantique ou aux nouvelles céramiques industrielles. Les sciences et les techniques font désormais partie de notre univers culturel » (André Giordan, 1998). 
La culture scientifique n'est pas une accumulation d'informations genre Trivial Pursuit …
Si les savoirs sont produits par des spécialistes, les croire par le simple fait de leur autorité, c'est confondre science et croyances...
Les savoirs scientifiques se construisent par l'expérimentation , mais aussi par le débat, l'argumentation comme le souligne Osborne, J. (2010) dans la revue Science (ici).  Et les élèves sont rarement confrontés à ces débats.

Les occasions de pratiquer le débat scientifique en classe sont trop rares, notamment à cause des programmes surchargés, et peut-être aussi à cause de la manière dont les savoirs scientifiques, à la validité soigneusement discutée sont transposés en classe et dans les médias (cf. ici ).

Les élèves sont bombardés de fake news qui se répandent dans les médias sociaux. Une récente étude dans Science (Vosoughi, S., et al., 2018).(ici) montre que les nouvelles qui se répandent le plus vite sont souvent fausses mais sont surprenantes et dégoutantes… 
Dans un monde où les alternative facts sont évoqués par des dirigeants de grandes puissances, il est plus critique que jamais  d'apprendre aux élèves et futurs citoyens l'esprit critique - notamment à propos de la science.

L'esprit Critique ?

Jiménez-Aleixandre, M. P., & Puig, B. (2012) définissent "la pensée critique comme la compétence permettant de développer des opinions indépendantes mais aussi la capacité de réfléchir sur le monde qui nous entoure et d'y participer.
Elle est liée à l'évaluation des preuves scientifiques (un point central de l'argumentation), à l'analyse de la fiabilité des experts, à l'identification des préjugés (les nôtres ou ceux des autres) et à la distinction entre textes scientifique et publicité ou propagande.
Penser de façon critique ne signifie pas remettre en question toutes les données, preuves et experts, mais plutôt développer des critères pour les évaluer.
Cela pourrait impliquer de remettre en question son propre intérêt personnel ou collectif et de dépasser ses valeurs égocentriques. » p. 1012 traduction personnelle
L'UNIGE propose que des spécialistes viennent débattre avec les élèves sur des thèmes très variés (voir liste plus  bas) et dans le cadre de la semaine de la démocratie le 1er et le 5 octobre 2018 offrent des Café de l'UNIGE « Fake news et réseaux sociaux: les démocraties sous tension? »  à organiser dans les établissements scolaires intéressés.
Pour ce faire, les enseignants doivent s'adresser à   impérativement avant fin septembre 2018 en ce qui concerne l'organisation de ce Café.

Cafés de l'UNIGE

L'Université de Genève (UNIGE) propose aux collégiens et lycéens de discuter de manière conviviale de questions de sciences, qu'elles soient naturelles, physiques, humaines ou sociales. Echanges directs et discussions autour des questions les plus diverses sont au programme de ces "Cafés de l'UNIGE", qui entendent faciliter l'accès aux connaissances et permettre la découverte d'une filière de formation de l'UNIGE.


Programme Cafés 2018-2019

Les Cafés de l'UNIGE ont lieu dans les collèges et lycées tout au long de l'année, sur demande. Les enseignants doivent s'adresser directement à pour l'organisation d'un Café dans le cadre de leurs cours.
Pour ce faire, il leur suffit d'indiquer le Café choisi ci-dessous, de proposer deux ou trois dates envisageables et de mentionner ses coordonnées (nom, téléphone, e-mail, école). Merci de prévoir un délai d'un mois minimum pour la préparation du Café.
Chaque Café ne sera proposé que 2 fois par année; les inscriptions sont à faire dans les meilleurs délais.
Il est également possible de développer avec nous un Café dont la thématique ne figure pas ci-dessous.

Évènement octobre 2018: Semaine de la démocratie!

Café de l'UNIGE « Fake news et réseaux sociaux: les démocraties sous tension? » 
Dans le cadre de la Semaine de la démocratie 2018, l'Université de Genève, en partenariat avec le Département de l'instruction publique, offre aux collégiens et lycéens la possibilité de discuter et d'échanger de manière conviviale avec des experts du Global Studies Institute et de la Faculté des sciences de la société sur ces thématiques qui animent régulièrement l'actualité.
Voter, participer, débattre, sont des actes sérieux qui ont des conséquences sur l'ensemble de la population. C'est la raison pour laquelle le citoyen qui glisse son bulletin dans l'urne ou qui signe une pétition doit avoir accès à une information de qualité. Or, depuis quelques années , on associe souvent à l'information le terme de fake news – faux, truqué. Cette information est largement et rapidement diffusée par les réseaux sociaux à l'échelle mondiale. Les fakes news agissent alors comme de puissants catalyseurs. Dès lors, comment peut-on s'en prémunir pour garantir le bon fonctionnement de nos démocraties? Quel impact ont ces fake news sur la démocratie?
Nous prévoyons d'organiser entre le 1er et le 5 octobre 2018, une série de 4 à 6 Cafés de l'UNIGE dans les établissements scolaires intéressés.
Pour ce faire, les enseignants doivent s'adresser à Dorothée Dumoulin impérativement avant fin septembre 2018 en ce qui concerne l'organisation de ce Café.




Cafés Sciences naturelles et physiques
Cellules souches: espoirs et problèmes éthiques
Epigénétique et société
Origine de la vie et évolution
Evolutionnisme vs créationnisme
L'intersexualité
Biodiversité et environnement
Les microbes
Les OGM
Les allergies
Immunologie: vaccination et mécanismes
Les maladies émergentes
Les perturbateurs endocriniens: répercussions sur les organismes et les écosystèmes
Oncogénétique: du gène à la consultation clinique
Le don d'organes
Les matériaux supraconducteurs et leurs principales applications
Le LHC et le boson de Higgs
Les enjeux du nucléaire
RMN, spectroscopie infra rouge et ultraviolette
Les exoplanètes
Les défis des mathématiques
Peut-on simuler l'intelligence humaine?
La science est-elle faite que pour les garçons?
Dopage: jusqu'où repousser les limites
Les prothèses intelligentes: à la frontière entre neurosciences et robotique
Cafés des sciences en collaboration avec le NCCR Chemical Biology
A l'interface de la biologie et de la physique: la vie et le principe d'auto-organisation de la matière
La biologie synthétique
Des petites molécules à grand impact
La biologie synthétique (autre approche)
Les interfaces entre disciplines scientifiques, à quoi ça sert?
Le rôle de la membrane cellulaire, à l'interface entre la cellule et son environnement
Les bases moléculaires du mouvement des animaux et des cellules
Cafés Géo
Mondialisation et frontières: discussion autour du concept et de l'expérience de la métropole
Les continents: une fiction géographique
Voyage versus tourisme
Agglomération franco-valdo genevoise
Les migrations
Cafés Sciences humaines et sociales
Développement durable et consommation durable
La vie en ville et le voisinage
Notre smartphone et nous: nouvel objet de civilisation
Vie privée et pratiques de surveillance induites par les nouvelles technologies de l'information
Aspirations des jeunes générations autour de la naissance
Automatisation, robotisation et place de l'humain
Bienfaits et risques des jeux vidéo: Mode d'emploi
Cinéma et émotions
Le cerveau de l'adolescent
Sommeil, quelles vertus? Bien dormir se travaille-t-il?
Psychologie et linguistique
Le Grand Genève: un espace de sécurité?
Le terrorisme
L'Europe et la Suisse
L'avenir de l'UE après le Brexit et l'indépendance de la Catalogne
Les réseaux sociaux
Rousseau et Genève
Cafés Ethique et théologie
Ethique des affaires
Ethique et environnement
Sport, la nouvelle religion?
Les injustices au niveau mondial
Jésus: l'enquête historique
Cathares, hérétiques et sorcières : mouvements dissidents au Moyen Age


Références :

  • Giordan, A. (1998). Une didactique pour les  sciences expérimentales. Paris: Belin.
  • Jiménez-Aleixandre, M. P., & Puig, B. (2012). Argumentation, evidence evaluation and critical thinking Second international handbook of science education (pp. 1001-1015): Springer.
  • Lombard, F., & Weiss, L. (2018). Can didactic transposition and popularization explain transformations of genetic knowledge from research to classroom? Science & Education, October 2018. http://dx.doi.org/10.1007/s11191-018-9977-8 | free full-text view-only version
  • Osborne, J. (2010). Arguing to Learn in Science: The Role of Collaborative, Critical Discourse. Science, 328(5977), 463-466. doi: 10.1126/science.1183944
  • Vosoughi, S., Roy, D., & Aral, S. (2018). The spread of true and false news online. Science, 359(6380), 1146-1151. doi: 10.1126/science.aap9559