La chute des corps de Galilée dans l'histoire de la physique et 'Nature of Science' comme étude de cas

Galileo's Falling Bodies into the History of Physics and the Nature of Science as a Case Study

• Auteur / Autrice : Vincenzo Cioci
• Direction : Raffaele Pisano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'éducation et de la formation
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'homme et de la société (Lille ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre interuniversitaire de recherche en éducation (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Jury : Président / Présidente : Fabrizio Cleri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angela Bartolo, Jean-Marc Ginoux, Magali Fuchs-Gallezot, Gianna Katsiampoura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ana Dias-Chiaruttini, Constantine Skordoulis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Galilei, Galileo (1564-1642)

Physique -- Étude et enseignement

Histoire

Physique

Mots clés libres

Histoire de la physique

Enseignement

Galileo

Recherche historique in situ

Analyse

Relations Physique-Mathématique

History of Physics

Teaching

Galileo

Historical Research in Situ

Analysis

Physics-Mathematics Relationship

Résumé

Cette thèse interdisciplinaire (histoire de la physique/mathématiques, épistémologie des sciences, 'Nature of Science' sciences, enseignement des sciences) s'inscrit dans le cadre de l'étude historique et de l'enseignement de la physique classique (cinématique et dynamique) et traite de l'étude de cas de l'histoire de la découverte des lois de la chute des corps et du mouvement du projectile. Le narratif que j'ai reconstruit dans ma thèse dépeint un résumé des principaux développements historiques dans l'étude du sujet depuis l'époque d'Aristote jusqu'à Galilée. Mon analyse tient également compte des études critiques les plus récentes et des manuscrits originaux et comporte plusieurs éléments d'originalité tant dans la reconstitution de la manière dont les expériences de Galilée ont été réalisées (e.g., le rôle attribué au pendule pour la mesure du temps) que dans le lien organique entre elles que j'ai mis en évidence. La synthèse que j'ai réalisée a inclus des éléments théoriques et expérimentaux avec les contributions peu connues de savants qui, à certains égards, ont anticipé Galilée et qui méritent d'être étudiés de plus près. Cela permet de souligner comment le progrès scientifique est toujours le résultat des efforts d'une communauté de savants en plus des contributions indéniables des grandes personnalités qui, avec leur intuition et leur créativité, ont fait l'histoire des sciences. Analyser les travaux de ces scientifiques, en situant leurs études et leurs choix dans la période historique dans laquelle ils ont vécu ̶ pour former un tableau synoptique détaillé ̶ a l'avantage de nous aider à comprendre les choix que les scientifiques ont faits et à humaniser la science en la reliant à l'éthique et aux valeurs qui les ont inspirés. En général, l'étude du contexte, des conditions expérimentales présentes à l'époque des expériences, des mathématiques qui pouvaient être utilisées et des relations particulières entre la science et la société ont mis en évidence l'importance de considérer le cadre de la Nature de la science comme le meilleur candidat pour l'enseignement-apprentissage de la science. La nouveauté et l'originalité de ce travail se situent précisément dans le domaine de l' ''histoire des sciences et enseignement'' car il constitue un exemple dans lequel cette richesse a été mise en œuvre dans un parcours d'enseignement de la physique, tenu en heures de cours, dont le résultat et l'impact sur l'intérêt des étudiants (des trois premières années du Liceo scientifico en Italie) ont été soigneusement examinés. Naturellement, lors de la conception du parcours didactique-pédagogique, j'ai tenu compte des théories d'enseignement de la physique les plus modernes (e.g., apprentissage/pratique enseignant, apprentissage basé sur l'enquête/analyse), en m'appuyant également sur mon expérience de trente ans d'enseignement au lycée. L'expérimentation réalisée, qui a concerné huit classes des trois premières années du Liceo scientifico, a également été importante pour définir le programme et la subdivision des thèmes d'apprentissage dans les différentes années d'étude, sur la base des résultats obtenus concernant l'intérêt et les difficultés d'apprentissage manifestés par les élèves. Un aspect important, cependant, a été de réussir à reproduire avec les étudiants, dans les laboratoires et les salles de classe, les célèbres expériences réalisées par Galilée qui ont sanctionné la naissance de la méthode expérimentale et qui ont fait l'objet de critiques et de discussions depuis la publication des Discorsi de Galilée jusqu'à aujourd'hui.

This interdisciplinary thesis (History of Physics/Mathematics, Epistemology of Science, Nature of Science, Teaching Science) is part of the historical study and teaching of classical physics (kinematics and dynamics) and deals with the case study of the history of the discovery of the laws of falling bodies and the motion of the projectile. The narrative I have reconstructed in my thesis portrays a summary of the main historical developments in the study of the subject from the time of Aristotle to Galileo. My analysis takes into account the most recent critical studies and original manuscripts and has several elements of originality both in the reconstruction of the way in which Galileo's experiments were carried out (e.g. the role assigned to the pendulum for the measurement of time) and in the organic connection between them that I have highlighted. The synthesis I produced has included both theoretical and experimental elements with the little-known contributions of scholars who in some respects anticipated Galileo and who deserve to be studied more closely. This serves to highlight how scientific progress is always the result of the efforts of a community of scholars in addition to the undeniable contributions of the great personalities who, with their intuition and creativity, have made the history of science. Analysing the works of these scientists, situating their studies and choices in the historical period in which they lived ̶ to form a detailed synoptic picture ̶ has the advantage of helping us understand the choices that scientists made and humanise science by linking it to the ethics and values that inspired them. In general, the study of the context, the experimental conditions present at the time of the experiments, the mathematics that could be used, and the particular relationships between science and society have highlighted the importance of considering the Nature of Science framework as the best candidate for the teaching-learning of science. The novelty and originality of this work lies precisely in the area of ''history of science and teaching'' because it constitutes an example in which this richness has been implemented in a physics teaching path, held in curricular hours, whose outcome and impact on the interest of students (from the first three years of the Italian Liceo scientifico) have been carefully examined. Naturally, in designing the educational path I took into account the most modern physics teaching theories (etc., learning by doing, inquiry-based learning), also drawing on my thirty years' experience of teaching in high school. The experimentation carried out, which involved eight classes in the first three years of the Liceo scientifico, was also important in defining the curriculum and the subdivision of the learning topics in the various years of study, based on the results obtained regarding the interest and learning difficulties shown by the students. An important aspect, however, has been successfully reproducing with the students, in laboratories and school classrooms, the famous experiments performed by Galileo that sanctioned the birth of the experimental method and that have been the subject of criticism and discussion from the time of the publication of Galileo's Discorsi to the present day.