Le cadre des « facets of thinking »

Ce changement de cadre de référence – statique/dynamique - doit permettre d’iden- tifier de nouvelles facettes de connaissances (« facets of knowledge » chez Minstrell) relatives à ces concepts. En effet, dans le champs de la cherche sur les conceptions et raisonnements des étudiants, une théorie apparue dans les années 90 propose de relier ces conceptions et raisonnements aux situations problématiques rencontrées par les élèves (Minstrell, 1992b). Dans cette optique, ont été identifié des sortes de raisonnements indi- viduels, les facettes, que l’on peut regrouper autour de situations ou d’idées, les clusters. Ce point de vue partagé aussi par (DiSessa, 1993) dans sa théorie des primitives phé-

noménologiques (p-prims) provient de la constatation suivante : bien qu’étant inexactes

au regard des théories généralement admises à une époque donnée, les raisonnements ou conceptions alternatives n’en sont pas moins pourvu d’une certaine organisation dans le système de pensée de l’individu. Ces alternatives au savoir de référence permettent géné- ralement aux individus de résoudre certains problèmes dans certaines situations précises et ont donc, de fait, une valeur opérationnelle importante (ce qui justement constitue un obstacle important pour l’enseignement des théories scientifiques en milieu scolaire). Elles ne sont cependant pas basées sur des théories scientifiques. Mais le fait qu’elles dépendent d’aspects saillants (ou « de surface ») des situations, du contexte de celles-ci, permet de les comprendre comme des constructions de l’esprit, provenant de « morceaux

» de connaissances plus élémentaires, les p-prims (diSessa, 1983, 1993), dotées d’une or- ganisation d’un niveau limité et souvent abstraites des expériences communes. Le niveau des facettes est cependant différent de celui des p-prims dans le sens où elles sont moins élémentaires. Ce sont des unités de raisonnement d’une taille suffisante pour caractériser et analyser la pensée des étudiants à des fins d’enseignement ou d’évaluation et issues de la généralisation de ce que disent ou font les étudiants en classe. Elle peuvent donc être issues de la combinaison d’une quantité différente de p-prims ce qui en fait varier la spécificité : certaines sont très générales et issues directement d’une seule p-prim comme « plus implique plus » et d’autres en sont une combinaison et apparaissent plus dépendantes du contexte (Minstrell, 2000). Les facettes ont été regroupées en clusters, ensembles de facettes reliées les unes avec les autres et relatives à une même situation physique, idée ou concept (Minstrell, 1992a). Dans chaque cluster, les facettes reçoivent un numéro et sont organisées selon un ordre approximatif de développement qui corres- pond à la distance entre cette facette et le savoir de référence (0 pour « proche » et 9 pour le niveau le plus éloigné). Cet ordre indique aussi un certain niveau de difficulté pour l’étudiant qui en fait l’usage pour comprendre les concepts des clusters « voisins » (i.e. dont le thème est proche). Cette classification a pour but de guider les enseignants dans l’identification et/ou la prise en charge plus ou moins précoce de ces facettes dans leur enseignement dans le but de les amener à changer.

Il n’existe pas de cluster relatif à l’équilibre ou à la stabilité dans la littérature (une compilation des clusters et facettes existantes est disponible sur la page internet de Jim Minstrell référencé dans la bibliographie) mais plusieurs clusters du domaine de la mécanique font appel à différentes facettes relatives à l’équilibre ou à la stabilité que l’on est susceptible de retrouver dans un contexte d’équilibre dynamique. C’est notamment le cas des clusters « Forces to Explain the At Rest Situation » (41-) et « Forces During Interactions (47-) » :

• 410 Balanced forces on an « at rest » object (vector sum is zero). • 411 At rest and constant velocity are relative.

• 412 Balanced forces can not apply to both constant velocity and constant po- sition conditions of motion.

• 470 All interactions involve equal magnitude and oppositely directed action and reaction forces that are on the separate interacting bodies.

• 474 Effects (such as damage or resulting motion) dictate relative magnitudes of forces during interaction.

• 474-1 At rest, therefore interaction forces balance. • 474-2 « Moves », therefore interacting forces unbalanced.

• 475 Equal force pairs are identified as action and reaction but are on the same object.

Certaines facettes des clusters relatifs au mouvement sont susceptibles aussi de four- nir une base pour identifier les raisonnements des étudiants face à un système dynamique. Par exemple celles du cluster « Perception of Motion in Different Frames » comme « Component motions are added, but without discriminating accelerated motion from constant velocity motion » (362) ou de celles du cluster relatif à l’accélération comme « acc. is not differentiated from displacement or velocity ideas » (259).

Adoptant une méthodologie à mi-chemin entre celle de Newcomer et Steif (2008) et celle de Ortiz et al. (2005), nous allons placer les étudiants face à un même système dans plusieurs situations (configurations) et nous allons tenter d’identifier des unités de raisonnement communes chez tous les étudiants pour chacune de ces situations et les différences entre ces unités selon les situations dans lesquelles elles sont mobilisées. Les situations proposées feront appel à des éléments cognitifs chez les étudiants, mettant en jeu à la fois des aspects du niveau conceptuel (statique/dynamique, référentiel inertiel ou non) et d’autres liés à l’apparence ou à la configuration spatiale du système (verti- cal/horizontal/oblique). Pour ces derniers aspects, Ortiz et al. (2005) ont déjà identifié des modes de raisonnement spécifiques, relatifs à l’équilibre des systèmes de type « ba- lance » que l’on va donc tenter de mettre en évidence ici (comme l’existence de positions « naturelles » pour le système considéré). Pour les premiers, on va s’appuyer sur l’article de Newcomer et Steif (2008) qui met en évidence des aspects non liés à la configuration du système comme la non prise en compte des efforts internes. On pourrait chercher en- suite à regrouper ces différents éléments d’un même concept dans un cluster spécifique cependant, cet aspect ne sera pas développé dans cette recherche.