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Enseignement de la chimie
Les plus petites “ high schools ” possèdent un laboratoire de chimie où les élèves peuvent accomplir le minimum de travail personnel de laboratoire jugé nécessaire pour la vie, ou prescrit par les examens d’entrée des collèges. La chimie verbale d’auditoire, quelque talent que mette le professeur à faire des expériences, n’est guère populaire aux États-Unis. Dans aucun cas, nous n’avons trouvé d’école qui se contentât de pareil enseignement; l’enseignement verbal des sciences d’observation jure avec la mentalité américaine et ne retiendrait pas les élèves pendant une seule séance. On ne trouve guère, comme chez nous, des auditoires de sciences pouvant réunir des centaines d’élèves devant un ameublement, savamment machiné, alimenté de gaz, d’électricité, d’eau, d’air sous pression et de vide; on n’y voit pas le profes-seur agissant au nom des élèves et leur communiquant de première ou de seconde main les connaissances qu’il étaye de fragiles expériences. Le pivot des études est pour toutes les sciences expérimentales, et spécialement pour la chimie, le laboratoire où l’élève pense et agit.
Le rapport du “ Committee of Ten ” a contribué beaucoup à l’unification des horaires. Pour la chimie, le Comité a fixé la durée annuelle des travaux de laboratoire à 108 heures au moins divisées en deux périodes hebdomadaires d’une heure et demie pour la manipulation et d’une heure de leçons d’auditoire appuyées d’expériences faites par le professeur.
Beaucoup d’écoles ne prévoient pas des leçons d’auditoire, vu l’impopularité de ce genre de leçons qui sont rendues superflues par l’abondance des manipulations de laboratoire. Celles qui organisent les cours théoriques ne dépassent pas vingt-cinq leçons de trois quarts d’heure; la plupart d’entre elles prescrivent des leçons de récitation où l’élève, après avoir étudié la théorie des produits examinés, vient la développer devant le professeur en présence de ses camarades. Trois leçons de trois quarts d’heure de récitation faites d’après des syllabus ou des manuels d’études est le temps normalement consacré à l’étude orale de la chimie.
L’habitude de l’effort personnel, du débrouille-toi, du “ help yourself ” qui est le résultat le plus tangible de tout l’enseignement américain, rend très élégantes les méthodes d’enseignement des sciences d’observation.
Le problème expérimental à résoudre se trouve dans le “ text-book ” ou est remis aux élèves sous forme de syllabus. Voici le texte de quelques-uns de ces documents que nous avons relevés à la “ Mac Kinley Manual training high school ” à Chicago. Ils sont assez explicites pour ne pas nécessiter de commentaires. Lors de notre visite les élèves en étaient à la troisième expérience portant comme sujet : “ Les modifica-tions physiques et chimiques du cuivre ”. Ils trouvaient dans leur syllabus les directions suivantes :
1° Examiner un morceau de cuivre. En le chauffant dans une éprouvette d’essai, observez-vous quelques modifications apparentes ? Se dissout-il dans l’eau ? Quelles autres propriétés possède le cuivre ?
2° Placez un petit fragment de cuivre dans une éprouvette contenant de l’acide azotique concentré. Notez avec soin les phénomènes qui se produisent. Lorsque l’action de l’acide nitrique cesse, versez le liquide dans une petite coupe en porce-laine, évaporez-le dans la hotte en la plaçant sur une toile métallique au-dessus du bec Bunsen; chauffez doucement et gardez-vous surtout de chauffer fortement au moment où la dessiccation commence.
3° Après refroidissement, faites sur la substance qui s’est déposée les mêmes essais que vous avez faits sur le cuivre, suivant les prescriptions du 1°.
4° Si vous évaporez trois-quatre gouttes d’acide nitrique dans une éprouvette, obtenez-vous le même résidu que vous avez trouvé en évaporant le cuivre et l’acide nitrique ?
En comparant 3° et 1° et, en prenant en considération 4°, tirez vos conclusions et défendez-les avec assurance en vous appuyant sur votre certitude expérimentale.
Les cours se développent progressivement par l’étude expérimentale d’un groupe de faits qui passent sous la main et sous les yeux des élèves.
Ceux qui connaissent l’horreur qu’éprouvent les élèves de nos athénées pour des cours de chimie basés sur le “ Manuel ”seraient étonnés de constater le plaisir intense que les jeunes Américains ressentent et le goût qu’ils mettent dans l’étude de cette branche si importante par ses applications industrielles et par sa valeur éducative.
Nos élèves considèrent souvent la chimie verbale comme une chose à part dans laquelle ils rencontrent des faits sans connexité directe avec la vie réelle; les théories chimiques Leur semblent ne pas être tirées des faits. L’impression invariable et tenace qu’on conserve de nos cours de chimie — appelée expérimentale parce que le pro-fesseur fait de temps à autre quelque manipulation sous le regard des élèves — est, que les théories et les lois seraient fondamentales et essentielles; que les faits s’effor-cent de se conformer aux théories; que toute la science chimique est suspendue à la théorie atomique et que, sans cette dernière, il ne peut y avoir ni découverte nouvelle, ni analyse possible. Le débutant croit avoir fait un progrès énorme s’il sait appeler l’eau H2O, quoiqu’il n’ait aucune idée quant à l’origine et à la signification réelle des formules.
Les méthodes d’expériences personnelles des écoles américaines ne versent pas dans ces tendances erronées; elles conduisent à des impressions plus conformes à la réalité les manipulations systématiques font découvrir des faits nouveaux, elles font apparaître les relations qui existent entre les faits et conduisent à des lois, et à des théories, qui facilitent l’investigation et la découverte de nouveaux faits. Aux yeux des élèves, les théories restent subordonnées aux faits : cette vérité fondamentale les guide dans leurs travaux et est pour leurs études futures un gage de succès.
À nos méthodes passives, basées sur la mémoire des mots, les “ high schools ” et les écoles techniques américaines opposent triomphalement leurs méthodes actives et éducatives qui mettent en oeuvre l’effort, la volonté, l’habileté manipulatoire, la logique.
Dans bien des écoles, une importance spéciale est attachée aux manipulations de chimie quantitative. Ces travaux constituent d’excellents exercices de mesure et de précision dans l’observation. Ils conduisent généralement à la vérification des lois que l’élève serait obligé d’accepter comme une vérité théorique. Nous relevons, parmi ces expériences quantitatives, des travaux sur la distillation, l’équivalent d’hydrogène, l’ionisation, la loi des proportions multiples, combinaison d’un métal avec de l’oxy-gène. A propos de l’oxygène, on fait, en général, des expériences sur sa teneur dans l’air, dans le K Cl O2, le poids dans un litre d’air, la solubilité dans les liquides, etc.
Les expériences quantitatives sont vivement recommandées: les calculs ne sont pas poussés au delà de la limite d’approximation donnée par les pesées et les lectures.
Le centre de gravité des cours de chimie dans les écoles moyennes américaines se trouve dans les travaux de laboratoire; le monde enseignant est d’accord pour dire que les leçons expérimentales données par le professeur et les “ récitations ” sont néces-saires pour dégager les idées générales des faits, mais qu’il est inutile d’essayer d’enseigner la chimie ailleurs que dans un laboratoire bien outillé et bien conduit. Le carnet de notes et l’enregistrement clair, logique, scientifique des faits observés est l’oeuvre capitale du laboratoire.
Les travaux manuels dans l’enseignement secondaire
Dans l’esprit des Américains, le critère du progrès en éducation est l’avancement vers un régime qui assure à l’élève la plus grande activité personnelle; le souci des professeurs est de réduire au minimum leur intervention, de façon à donner à l’élève graduellement l’initiative, le contrôle sur ses actes, l’empire sur soi, la discipline interne qui le dispense de chercher des guides hors de lui. Sous cotte haute préoccupation, toutes les sciences enseignées dans les écoles secondaires, dont nous avons décrit les méthodes, mais plus spécialement les travaux manuels sont devenus l’enseignement de l’activité, de l’énergie, de la volonté appli-quées à l’exécution des travaux éducatifs par lesquels les élèves acquièrent des connaissances utiles.
Les principes qui se trouvent à la base des travaux manuels sont identiques à ceux qui guident les travaux scientifiques des laboratoires de chimie, de physique et de sciences naturelles; les méthodes sont celles des sciences expérimentales.
Que les travaux manuels soient inscrits comme branches facultatives aux pro-grammes des écoles secondaires ordinaires, ou qu’ils fassent partie intégrante des programmes comme dans toutes les écoles secondaires techniques, ils comprennent toujours, pour les garçons :
1° Le travail du bois : la menuiserie, le tournage, le modelage industriel et, dans certaines écoles, l’ébénisterie;
2° Le travail des métaux : le forgeage du fer et de l’acier, l’ajustage à la main et mécanique; dans quelques écoles les éléments du moulage et de la fonderie.
Nous avons vu enseigner, en outre, dans certaines écoles, le repoussage du métal, autant dans ses éléments techniques que comme application de la composition déco-rative.
Les jeunes filles pratiquent les sciences domestiques : la cuisine, le lessivage, l’entretien de la maison, la couture, l’économie domestique et les arts domestiques : la confection, les modes. Comme dans l’enseignement élémentaire, les travaux manuels présentent un caractère purement éducatif. Les élèves, moyennement aptes, acquièrent néanmoins une habileté sérieuse, car chaque nouveau modèle comporte, dans une certaine mesu-re, des procédés déjà appliqués dans les travaux antérieurs.
Les travaux qui se font sans être guidés par une pensée précise n’ont, aux yeux des Américains, aucune valeur comme moyen d’éducation; ils accusent les éducateurs suédois d’avoir retiré la pensée et la vie aux modèles du sloyd, à force de l’épurer et d’en expulser toute nuance technique; le souci d’introduire dans les travaux une pensée directrice explique le soin avec lequel les projets sont préalablement discutés par les élèves. Dans ce but, ils se groupent autour des professeurs, échangent leurs vues, questionnent, critiquent, tant que la pensée à développer dans le travail n’est pas nettement précisée. De même, pour enseigner une opération nouvelle ou l’usage d’un outil non étudié, le professeur réunit les élèves autour de lui, démonte l’outil, en décrit les parties, l’affûte, le remonte, en explique l’usage et les effets.
Dans les écoles normales pour professeurs de travaux manuels et dans les milieux scolaires, les effets de chaque outil, de chaque opération, et de l’exécution de chaque objet ont été expérimentés méticuleusement au point de vue éducatif,
Si la doctrine tend à s’unifier et à se fixer, la forme des objets auxquels se ratta-chent les travaux, varie à l’infini, suivant la formation personnelle des professeurs et l’influence des milieux.
Certaines écoles secondaires accentuent, plus que les autres, le caractère artistique des travaux et cherchent à développer le sens du beau par l’exécution d’objets qui présentent de belles lignes et une décoration de goût. Aux modèles de base, imposés à tous les élèves et qui relèvent plutôt de la technique de la menuiserie industrielle, elles ajoutent des objets auxquels les élèves appliquent des incrustations, le décou-page et même la sculpture, travaux décoratifs qui répondent à une préoccupation d’art, malgré leur caractère sommaire.
L’enseignement professionnel.
Remarque de l’Éditeur : Tout le texte du chapitre IV du livre II devrait être en retrait (avec l’utilisation du style “Citation”. Nous ne l’avons pas fait parce que cela rend le texte plus difficile à lire. [JMT]
Il est impossible de caractériser, par une description générale, l’ensemble des écoles américaines qui ont pour objet de former les ouvriers ou de compléter leur instruction technique; leur organisation, l’étendue et la nature, la durée des études, les conditions d’admission varient à l’infini; elles ne s’imposent d’autres règles que celles des besoins locaux, et nulle part on ne trouve les traces d’un système général.
L’école industrielle américaine enseigne les principes scientifiques et lents applications à l’Industrie, comme complément à l’apprentissage dans les usines et les ateliers; comme nos écoles industrielles, elle s’adresse aux apprentis et ouvriers qui sont, ou ont été engagés dans une profession déterminée. L’enseignement se donne généralement le soir, en semaine; mais il existe de nombreuses écoles du jour, de caractère analogue, destinées à compléter l’instruction technique des ouvriers et employés d’industrie, qui, pendant une ou deux années, abandonnent l’atelier pour parfaire leurs études.
Tandis que, dans nos écoles industrielles du soir, l’élève doit accepter un ensem-ble de cours, jugés utiles pour l’étude de sa spécialité, les écoles américaines n’im-posent aucune obligation de ce genre, l’élève conserve le libre choix des cours dans les limites de ses capacités.
Le pivot des études se trouve dans les travaux pratiques. L’enseignement d’audi-toire est invariablement accompagné, pour chaque cours, d’expériences et d’ap-plications réalisées par les élèves dans des laboratoires et ateliers d’une grande richesse.
Enseignement de la mécanique
La forme d’enseignement industriel présente ceci de particulier, qu’elle est une réduction des instituts technologiques, c’est-à-dire des collèges techniques où se forment les ingénieurs; elle n’est pas professionnelle car elle se borne à enseigner les connaissances scientifiques et techniques qui constituent la base des industries; les travaux manuels ne sont pas spécialisés, comme l’exigerait l’apprentissage des mé-tiers de mécanicien; l’institution se place entre l’école d’apprentissage et l’école technique supérieure approximativement au niveau de l’école industrielle provinciale de Cbarleroi.
Son enseignement technologique est basé sur des connaissances élémentaires de mathématiques, sur les sciences expérimentales et les travaux d’ateliers.
L’emploi rapide de plus en plus généralisé de types perfectionnés de machines dans tous les genres de fabrication, le remplacement graduel des machines dirigées à la main par des machines à marche automatique, la substitution aux anciens outils, d’outils spéciaux qui fabriquent avec grande précision des milliers de pièces identi-ques, toutes les transformations créent nombre d’issues à des jeunes gens qui possèdent de l’habileté, un goût naturel et l’intelligence de la mécanique.
L’introduction de dispositifs pour économiser la main-d’oeuvre qualifiée et le développement des inventions nouvelles, tendant à placer l’industrie sur des bases scientifiques, exigent des auxiliaires une large éducation scientifique et techno-logique.
Les méthodes perfectionnées font leur voie dans toutes les industries placées sous la compétition moderne; nul doute que l’évolution ne s’accentue et que les jeunes gens qui se préparent scientifiquement et techniquement à la carrière de contremaître mécanicien, n’y trouvent une situation que le progrès industriel fera de plus en plus apprécier.
Le dessin de machines et le cours de construction ont une grande importance dans le programme; ils visent à la fois à familiariser l’élève avec la forme, la proportion des éléments de machines et au traitement technologique des matériaux dans les divers procédés de fabrication.
L’instruction par les leçons orales dans les cours de mathématiques, de physique et de mécanique, cherche à établir les connaissances théoriques fondamentales et les principes qui sont à la base de tous les genres de machines.
L’enseignement d’auditoire est complété par de nombreuses expériences dans les laboratoires des moteurs à vapeur et à explosion et dans les laboratoires de méca-nique, où les élèves pratiquent des essais, calculent et déterminent expérimentalement le rendement des moteurs, la consommation de vapeur des machines à condensation et sans condensation, des moteurs simples et compound; ils essayent les transmissions de puissance, l’effet utile des courroies, la résistance des matériaux, le coût du travail des moteurs à vapeur, à gaz, hydrauliques, etc.
Les cours théoriques sont placés sous le contrôle des expériences pratiques à travers toutes les études.
Un grand nombre d’élèves sont des hommes faits, qui ont abandonne leurs travaux et leur position pour entreprendre de nouvelles études après avoir quitté l’école depuis nombre d’années; ces élèves font des efforts prodigieux pour aboutir. Quoique possédant toutes les matières imposées à l’entrée, ils sont d’aptitude fort inégale en ce qui concerne la compréhension et la faculté d’assimilation de nouvelles connaissances.
L’enseignement de la physique industrielle
Comme introduction aux études techniques, la physique est la branche capitale du programme. Le laboratoire est spécialement intéressant à étudier dans son outillage et son fonctionnement Aux détails et dimensions près, il est identique dans toutes les écoles techniques américaines.
Nous trouvons les élèves dispersés dans la vaste salle et occupés à des travaux individuels les uns vérifient les lois de Boyle sur de grands appareils fixés aux cloisons, d’autres s’appliquent sur des appareils construits par l’école, à déterminer les flèches de flexion de pièces posées sur des appuis de niveau, et enregistrent, dans des diagrammes, les résultats de leurs observations. L’effort personnel se manifeste d’une manière frappante parmi les groupes d’expérimentateurs.
Suivant le programme général du cours, l’élève débute par des exercices qui lui apprennent à se servir avec exactitude des appareils servant à mesurer les longueurs, les poids, les pressions, etc. Ces exercices sont fondamentaux, car les expériences sont généralement quantitatives et il doit constamment traduire en chiffres les faits constatés et se familiariser avec l’usage et la lecture des appareils à verniers et à vis micrométriques, des balances, des baromètres, thermomètres, aéromètres, etc., il s’habitue ainsi à éviter les erreurs de lecture si fréquentes chez les débutants.
Les Américains assignent aux sciences naturelles, et spécialement à la physique, un rôle capital; ces sciences constituent l’infrastructure des industries et des métiers; en effet, les matériaux utilisés dans les industries de construction et les marchandises qui font l’objet d’un négoce, sont caractérisés par des propriétés physiques et méca-niques qui en règlent l’usage. Pour en apprécier avec certitude la valeur et, avec intelligence, le mode d’emploi, les industriels comme les ouvriers, les artisans comme les commerçants, qui ne veulent pas se laisser guider par la routine, doivent être en mesure de déterminer, par eux-mêmes, les qualités de ces matières par des essais ou des manipulations chimiques et physiques. Pour peu qu’on remonte vers l’origine des opérations de l’industrie, on trouve de simples faits physiques et chimiques, des jeux de forces, un enchaînement de phénomènes naturels que l’ouvrier, le contremaître, l’industriel, doivent avant tout connaître à fond.
De même à la base des industries de construction soit civile, soit mécanique, on retrouve les mêmes phénomènes relevant de la physique; la stabilité repose sur les lois de la pesanteur, sur l’emploi judicieux des matériaux, possédant les qualités, les dimensions, les formes nécessaires pour résister à l’écrasement, à la flexion, à la torsion, etc. Les employés de direction et d’exécution de ces industries qui ont des notions expérimentales précises, voient sous un jour lumineux la raison d’être de tous les dispositifs et matériaux, des formes et proportions mis en oeuvre et peuvent, en conséquence, prendre des initiatives intelligentes.
Pour toutes ces raisons, les Américains considèrent la connaissance des phéno-mènes physiques comme la première des sciences pour tous ceux qui sent engagés dans la production industrielle. Les méthodes d’enseignement basées sur les travaux de laboratoire, exaltent l’initiative des élèves, sollicitent leurs efforts; elles font naître des habitudes intellectuelles de pensée exacte, donnent de la rectitude à l’esprit, de la vigueur à la raison, et constituent un excellent moyen d’éducation. Comme instrument d’éducation générale et comme élément d’utilité pratique, la physique occupe une place prépondérante dans les programmes des écoles générales et des écoles techniques des États-Unis.
La physique par les expériences de laboratoire. — La physique enseignée dans nos écoles est ou essaie d’être rationnelle, c’est-à-dire déduite par raisonnement de certaines hypothèses ou de principes fondamentaux, admis comme des axiomes ou établis par l’expérience; elle est, en tout cas, théorique et prend, d’après le degré des écoles, un aspect plus ou moins mathématique.
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