SE REPRÉSENTER LES PROPRIÉTES THERMOÉLASTIQUES DES GAZ.

Cette séquence a été étudiée (Chomat et al 1992) dans des situations d'entretien semi directif avec des groupes de deux élèves de 5ème, l'intervenant étant dans un rôle de médiateur cherchant à cerner la "zone proximale de développement" (Vygotski, 1985). Ces élèves ont participé au préalable en classe à la séquence de construction d'un modèle particulaire de la matière dans ses différents états.

Le montage expérimental manipulé est représenté à la figure 6.

Ce montage permet de compresser l'air d'une des deux seringues, reliées par un tube flexible, par déplacement d'un piston ou par chauffage à l'aide d'un sèche cheveux. Une goutte de liquide coloré joue le rôle d'index mobile dans le tube ; une pince située le plus près possible de cet index permet de bloquer momentanément l'évolution du système. Le dispositif est construit

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direction utilisé par les élèves (Séré, 1985). Une évolution peut être observée après desserrage de la pince sans action sur les gaz.

Figure 6 : Montage expérimental

Un logiciel de simulation, produit dans le cadre de cette recherche, permet de proposer aux élèves une image animée : dans des espaces de représentation rectangulaires de tailles modifiables possibilité d'une case unique), des points (dont on peut choisir le nombre) se déplaçant avec une vitesse de direction initiale aléatoire (gérée par le logiciel) et dont le module peut être modifié (figure 7).

Figure 7 : Représentation d’une image animée du logiciel de simulation

Ces points subissent des rebonds lors d'un contact avec le bord d'un cadre. Ces rebonds sont gérés par le logiciel en considérant les point lumineux comme des objets auxquels on affecte une masse et qui se comportent en suivant les lois de la mécanique newtonienne.

Le déplacement d'une paroi (index mobile du dispositif) sous l'effet d'une différence de pression peut être simulé par le déplacement du trait séparateur entre les cases par calcul du nombre de chocs et de la "quantité de mouvement" des particules.

Dans ce contexte, deux situations expérimentales sont prévues : une situation de compression, puis une situation de chauffage de l'air d'une seringue. Dans chacune de ces situations, les activités prévues sont les mêmes : prévision, constat et explication (registre du phénomène), puis production et discussion de dessins (registre du modèle construit dans la première séquence) permettant de se représenter ce qui a été constaté, enfin utilisation de l'image animée comme support d'une nouvelle représentation (construction d'un modèle plus performant).

Pour la situation de compression, les élèves font des prévisions correctes en utilisant éventuellement le terme de pression ; ils disposent d'une

représentation en terme de tassement. Le tassement du gaz n'est pas en général considéré comme une variable ordinale, le gaz dans la seringue manipulée est plutôt considéré comme "trop tassé", "comprimé" faisant référence implicitement à un air "normal". Les dessins qu'ils produisent dans le cadre du modèle construit lors de la première séquence leur permettent d' expliciter les termes d'une comparaison de tassement. La description du phénomène évolue. Les différences de tassement étant traduites par des différences de distances entre particules figurées, les élèves s'interrogent sur l'état de tassement de chaque quantité de gaz aux différents moments (avant la compression, après la compression, après l'arrêt de l'index).

Lorsque l'image animée est proposée, les élèves ont à repérer les caractéristiques de l'image et à leur donner du sens par rapport au modèle. Le déplacement des particules qui avaient été "déclaré" utile dans la séquence précédente, est ici figuré sur l'image animé. Par ailleurs l'image joue le rôle prévu de suggérer le mouvement d'objets. En l'absence de connaissances de mécanique par les élèves, c'est le monde des objets matériels qui est utilisé pour interpréter les rebonds comme des chocs. La notion de pression évolue alors d'une idée de déséquilibre de tassement à une idée de poussée permanente.

Pour la situation de chauffage, les élèves sont démunis pour effectuer des prévisions. Le déplacement de l'index observé est expliqué en faisant appel à un état dilaté du gaz. Cet état intervient comme étape fictive dans un raisonnement : le gaz aurait du se dilater (on l'a chauffé) mais il ne s'est pas dilaté (le volume est resté constant) donc il est trop tassé (par rapport à ce qu'il devrait être après chauffage). Les dessins produits sont discutés comme dans le cas de la première séquence, et les élèves se rendent compte de l'impossibilité de produire, dans le cadre du modèle dont ils disposent, des dessins qui permettent de supporter une explication en termes de différences de tassement.

L'image animée leur est proposée comme un nouvel outil possible.

Certains élèves pensent alors à jouer sur la vitesse des particules. La relation entre modification de vitesse et nombre de chocs par unité de temps est difficilement établie, les concepts de temps et d'espace à parcourir devant être utilisés de façon astucieuse par les élèves pour construire un concept de vitesse suffisamment performant.

Cette étape de prise en compte d'aspects dynamiques dans le modèle particulaire paraît accessible, dans le cadre d'une médiation. L'étape suivante consiste à comparer l'efficacité des chocs pour expliquer l'immobilisation de l'index mobile après son déplacement alors que les nombres de chocs calculés par le logiciel sont identiques pour les deux côtés de l'index. Cette étape a pu être franchie par quelques élèves.

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Dans cette deuxième séquence, ce n'est plus à partir d'un mot (particule) mais à partir d'une image animée que les élèves ont à construire un modèle, mais dans les deux cas il s'agit de construire une signification partagée en référence à une description commune.

Cette description cependant évolue au cours du temps. C'est un processus d'ajustement entre la description du phénomène et la construction du modèle.

La stratégie est encore de type "reprise amplifiante", mais il y a eu constat explicite des limites du modèle disponible et recours à un nouvel outil de représentation. Le mouvement des particules énoncé verbalement dans la séquence précédente, n'est devenu fonctionnel pour la situation étudiée que par l'intermédiaire d'un support visuel de ce mouvement. Cependant il n'y a pas de remise en cause des contraintes initiales imposées par le germe de modèle.

5. SE REPRÉSENTER LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES