Chapitre 6. Quelle est l'appropriation du domaine source par les élèves ?
6.2. Les élèves s'approprient-ils facilement l'artefact lors des entretiens ?
6.2.1. Données utilisées et méthode d'analyse
Pour étudier le degré d'appropriation de l'instrument par les élèves, nous avons mené des entretiens avec des élèves. L'analyse de ces entretiens va nous permettre de savoir plus précisément quels sont les points pour lesquels l'artefact présente des difficultés de compréhension pour les élèves et ceux pour lesquels il n'en présente pas.
À partir des transcriptions de sept entretiens, nous avons regroupé les informations qui concernent l'appropriation de l'artefact dans le tableau 35. Ici encore, lorsque nous avons barré le numéro de l'intervention, il s'agit d'une défaillance dans l'appropriation de l'artefact. Lorsque le numéro de
l'intervention n'est pas barré, alors l'appropriation de l'artefact est considérée correcte c'est-à-dire en accord avec le fonctionnement de l'artefact tel que décrit dans le chapitre 3.1.
6.2.2. Résultats
Appropriation du domaine source Entr. 1Interv. n° Entr. 2 Interv. n° Entr. 3 Interv. n° Entr. 4 Interv. n° Entr. 5 Interv. n° Entr. 6 Interv. n° Entr. 7 Interv. n° Observations avec le pince-corde (équivalent de la résistance)
La masse a fait tourner la corde
autour des poulies 9 9 21, 23 10 6, 9
Plus de tension d’un côté du pince-
corde que de l'autre 45 85 23
Lorsqu'un pincement infini est réalisé, la vitesse de la corde est nulle
116 57
Si l'intensité du pincement augmente alors la vitesse de la corde est plus faible et il y a plus de frottement
42 et 45 14,15,17, 19 155, 68 25 59, 61 La vitesse de la corde est la même
avant et après le pincement 57 67 79 27 70
Si la masse augmente alors la vitesse de circulation de la corde augmente
79, 85 179 144, 146159, 164151 130 à132 233 L'état de tension de la corde est le
même en différents points de la corde si on se positionne du même côté d’un dipôle mécanique ou si aucun obstacle
99 139, 141130, 66, 85
On mesure une différence d’états de tension de la corde de part et d'autre
du « pince-corde infini » 130 45 à 49 182
La différence d’états de tension de la corde du « pince-corde infini » est la même que la différence d’états de tension de corde de l'ensemble « masse + poulie »
135 168, 170 115, 117
Observations avec les ressorts (équivalent du condensateur)
La bague se déplace avec la ficelle
et comprime un ressort 151 201
181 à
185 203,204 204 160 242
Lorsque le ressort est comprimé la masse est accrochée mais plus de
circulation de la corde 207
L'énergie est stockée par compression, énergie stockée dans
114 245 224 à
230
le ressort
L'énergie provient de la masse et est
transférée par la corde 119, 121
253 et 258 232 à 240 326 268, 270 260, 262, 264 Le sens de circulation de la corde
change entre la compression et la décompression
116, 195 304 432, 439
Si la masse augmente alors l'énergie
augmente 155 276 243
333 à 341 Si la masse augmente alors la
vitesse augmente 246 285
Pour « décharger » le ressort il faut
enlever le poids 188
Pas de différence de tension de la corde avant la charge puis différence de tension de la corde une fois le ressort comprimé
294 La corde va à la même vitesse avant
et après condensateur 331
219 229,233
Observations avec le volant d’inertie (équivalent de la bobine)
La vitesse de rotation de la corde avec volant est moins élevée que sans le volant
238 Pas fait
La corde va à la même vitesse avant
et après le volant 274
La vitesse de rotation du volant d’inertie augmente au cours de la chute de la masse jusqu'à une vitesse limite
308 341 286 à
292, 310 362 318
Le volant continue de tourner une fois la masse au sol, perte d'inertie acquise, restitution énergie emmagasinée
242,
254, 277366, 379362, 317, 319307, 479 à490 373, 383324, 327322, Si le volant d’inertie est plus léger
alors il y a moins de ret ard au
départ Pas fait
409 à
411 583
Différence de tension de la corde
avant de laisser tomber masse 301 382 Si le volant est plus léger alors la
vitesse est plus élevée Pas fait 498
Pour le même volant d’inertie et une masse plus grande, la vitesse de
circulation de la corde augmente Pas fait 373 246 413 Pour un même volant d’inertie et
une masse plus grande, l'énergie augmente
243 Le sens de circulation de la corde
ne change pas lors de tout le fonctionnement du volant d'inertie
340 409 395 à
L'énergie est amenée par la corde et
créée par la masse Pas fait 436 à446 625 à631
Difficultés liées à l'artefact lui-même
Problème de sensation au toucher de la tension de la corde (cf. tableaux 37, 38 et 39)
160 75, 76 27 105 66
Confusion entre fil (corde)
mécanique et fil électrique 71
Interrogation des élèves : est-ce que le volant d'inertie continuera encore plus longtemps de tourner après que la masse soit tombée par terre ?
378 et 379
Tableau 35 : Synthèse de l'appropriation du domaine source à partir des entretiens élèves après enseignement de l'électricité.
Il apparaît que les élèves s’approprient correctement l'artefact dans l’ensemble (tableau 35). En effet, nous pouvons relever 29 observations correctes recensées contre seulement six observations incorrectes.
Lors de deux entretiens sur sept, les élèves ne parvenaient pas au début à expliquer simplement ce qu'ils observaient.
N° Personne Intervention
19 Élèves Le poids il est tombé, enfin la masse. 20 Interlocuteur 1 Ok, la masse est tombée.
21 Élèves Enfin, c’est le fil qui génère si le poids tombe ou pas.
22 Interlocuteur 1 C’est-à-dire, est-ce que tu peux juste expliquer un tout petit peu plus ? 23 Élèves C’est la force qu’on applique sur le fil qui fait que le poids descend ou
non.
Tableau 36 : Extrait de l'entretien 5 sur une difficulté à comprendre la chute de la masse Les élèves analysaient l'artefact en terme de forces et donc expliquaient que la masse ne chutait pas car un fil la retenait : selon nous, les élèves faisaient référence au pincement que l'on peut exercer ou non sur la corde en boucle fermée, un pincement important empêchant la masse de tomber. Une fois le contexte reposé, les élèves n'ont pas eu de difficultés pour s'approprier l'artefact. Cet extrait confirme la nécessité de différencier corde et ficelle.
Par ailleurs, un problème apparaît dans la sensation de tension de la corde (corde positionnée autour des quatre poulies et qui peut circuler) en différents points du circuit mécanique. En effet, dans cinq des sept entretiens, nous pouvons relever des propos qui montrent une certaine hésitation sur ce point (tableaux 37 à 39).
N° Personne Intervention
73 Interlocuteur 2 Donc maintenant, si l’on refait le pincement, on va tester les différentes tensions du corde. Donc allez-y, essayez de tester. Vous me dites si la tension de la corde ici est la même que là, est plus ou moins ?
74 Interlocuteur 1 D’après vous déjà ? 75 Élève 6 C’est la même. 76 Élève 5 Oui, c’est la même.
77 Interlocuteur 2 C’est la même pour vous ? 78 Interlocuteur 3 Essayez de soulever.
79 Interlocuteur 1 Utilise tes deux mains, c’est peut-être plus simple pour voir. 80 Élève 6 Il y a plus de tension ici que là.
81 Interlocuteur 2 Oui, et toi tu le sens ?
82 Élève 5 Oui, un petit peu ; c’est à cause de la poulie, non ? Je ne sais pas... Tableau 37 : Extrait de l'entretien 3 sur les difficultés à percevoir la tension du corde
N° Personne Intervention
25 Interlocuteur 1 […] Là je pince le plus fort possible jusqu’à bloquer. Donc d’après vous est-ce que la tension donc si vous regardez de chaque coté la tension. Tu peux toucher le corde de toute façon.
26 Interlocuteur 2 Touchez touchez … il n'y a que comme ça 27 Élève 8 C'est la même. Non ce n’est pas la même. 28 Élève 7 Là ça tire…
29 Élève 8 Là ça tire de ce côté, parce que ça tourne dans ce sens ; tu es sûr que ce n’est pas la même chose.
Tableau 38 : Extrait de l'entretien 4 sur les difficultés à percevoir la tension de la corde
N° Personne Intervention
104 Interlocuteur 1 Là, on va faire un pince-corde ; donc moi je vais donc mettre la masse, je vais vous laisser vous rapprocher de Interlocuteur 2 et regarder la tension. Au simple toucher, avant et après le pince-corde.
105 Élève 9 C’est pareil là.
106 Interlocuteur 2 C’est pareil ? Essayez de regarder.
107 Élève 10 Pour moi non ; je trouve que là c’est plus tendu que là moi. Oui, là c’est plus tendu.
Tableau 39 : Extrait de l'entretien 5 des difficultés à percevoir la tension de la corde
Nous pouvons noter que lors de ces trois entretiens, les élèves ont dû s’y prendre à deux fois pour observer la différence de tension de la corde. Bien que perceptible au toucher, cette différence de tension de la corde n’est pas facilement perceptible. Suite à ces entretiens, des modifications techniques ont été apportées sur l'artefact pour faciliter la différenciation de la tension de la corde. En effet, pour mesurer la tension de la corde lorsqu'elle est à l'arrêt, il est possible de disposer des dynamomètres et ainsi obtenir une valeur de tension en Newton17 (illustration 5). Dans le premier
17 La mesure telle qu'elle est présentée dans l'illustration 5 nécessite de positionner les dynamomètres à la même hauteur et à égale distance des poulies et du pince-corde. De plus, cette façon de mesurer la différence de tension de
prototype, la poulie du générateur glissait autour de la corde en boucle fermée, sauf si cette dernière était suffisamment tendue, ce qui en retour, empêchait de repérer par le toucher la différence de tension produite par le générateur. La poulie du générateur a été modifiée en couvrant la gorge d'une matière avec un fort coefficient de frottement (caoutchouc), ce qui permet d'éviter le glissement de la gorge de la poulie sur la corde, sans pour autant la tendre de manière trop importante. Avec ce nouveau générateur, la partie de la corde en boucle fermée non tendue peut être totalement souple (tension nulle). Cette solution technique devrait faciliter la perception des élèves de la tension de la corde et donc l'apprentissage de son équivalent en électricité.