Stabilité, deuxième phase, première activité de groupe Déroulement

Dans chaque groupe, les discussions débutent par une mise en commun des réponses aux questionnaires individuels (en général de 2 ou 3 étudiants sur un groupe de 4 ou 5). Dans le groupe des « mécaniciens », les discussions débutent sur le cas du personnage qui fait du yoga (cas 3). Dans ce groupe, en effet, les avis sont beaucoup plus partagés que dans les groupes des « chimistes » ou des « électriciens », sur quasiment tous les cas. La définition de certains faisant appel au terme « naturel », ce point fait débat dès le début :

— J’ai mis que stable c’était quand ça recevait une perturbation, ça revenait à s’équilibrer naturellement

– Naturellement[…] mais ce n’est pas parce que celui là est stable, celui-ci n’est pas comme ça

— Celui-là est stable ou non ?

— C’est stable ? […] [question à l’enseignant] — [L’enseignant] Oui, c’est stable

— Tu vois

— Ainsi ces deux là sont stables

— Alors non, ce que j’ai dit ne sert pas — Mais pourquoi ceux-là sont stables ?

— Il y a un moment où elle peut se fatiguer dans la position, je penserais ça

— Bon, ça oui […] (IMEC, 11 :25)

Dans un des groupes mixtes, les discussions tournent aussi autour du même cas 3 : — Ce n’est pas stable parce que n’importe quelle variation les change, et ils retournerons à leur position où ils étaient, très difficilement

— Alors celui-ci aussi, à peine tu le touches et il tombe — Mais il a dit que c’était stable[…] il faut savoir pourquoi […]

— C’est comme s’il y avait un contrôle, entre eux

— Les personnes, parce qu’elles sont autonomes et celui-là parce que c’est une balance équilibrée, alors que celui-ci n’a pas de contrôle

[…] (GM3, 13 :43)

On observe que dans ce cas, les étudiants ont résolu le problème de différence de « na- ture » seuls. Dans le groupe des « mécaniciens », les discussions sur ce point, se sont

étendues plusieurs dizaines de minutes avant que l’intervention de l’enseignant ne fasse avancer le débat :

— [L’enseignant] Les 4 premiers systèmes sont de la même nature selon vous ?

— A quoi vous faites référence ? Nature ?

— [L’enseignant] Du point de vue du contrôle, il y a une différence entre la balance et le corps humain ?

— Eh bien, le corps est articulé et il y a une force ici[…]

— [L’enseignant] Par exemple, que se passe-t-il si la personne perd connais- sance ?

[…]

— Elle perd son contrôle

— [L’enseignant] Oui, donc c’est un système ? — Un système plus variable ?

— Instable ?

— [L’enseignant] Non, non, c’est un système contrôlé et la balance, non. Il y a un système de régulation dans le corps, pour maintenir la position. (IMEC, 27 :00)

Les groupes passent ensuite à la rédaction de la définition, et pour ce faire, on les invite à réfléchir, en même temps, à l’expérience qui correspond. Faisant cela, la plupart passe par une phase de (re)définition de la perturbation, qu’il faut accompagner au besoin, comme dans ce passage :

— Une perturbation c’est ce qui sort de sa position d’équilibre le système — [L’enseignant] Mais si par exemple, je mets la perturbation comme cela…et je ne veux pas que le système retourne à sa position…pour que fonctionne bien cette définition, il faut définir un peu plus précisément la définition — Donc ce serait qu’elle sort le système de sa position d’équilibre…ce serait ça la perturbation

— Disons, il faut définir la position et c’est quelque chose qui affecte cette variable

— [L’enseignant] Oui, mais de manière permanente ? ou temporaire ? — Temporaire

[…] (IMEC, 40 :59)

Finalement, ils convergent après un peu plus de 40 minutes, vers une première définition de ce type : « La stabilité, c’est la capacité qu’a un système, de récupérer son état initial, en temps déterminé après avoir été perturbé, si les perturbations s’appliquent en un temps fini » (ILEC, 43 :05) ou encore « La stabilité, c’est quand un corps en équilibre

est perturbé instantanément […] [pendant un instant] et de façon naturelle ou contrôlée, revient à sa position d’équilibre » (IMEC, 42 :10).

Analyse

Lorsque les débats de groupe débutent, il est indispensable d’aider les étudiants à se focaliser sur les questions soulevées par les réponses au questionnaire individuel : la non prise en compte des perturbations, l’influence de l’intensité de celles-ci (qui conduit à une discussion de la différence modèle/système réel) et la nature des systèmes (déjà examinée dans la première partie mais que l’on doit relier à la stabilité). Concernant ce dernier point, on observe que certains établissent une différence entre le fait, pour le système, de revenir à son état antérieur (d’équilibre) de façon « naturelle » ou non. Ceci a pour conséquence une différenciation de la stabilité en fonction du caractère libre ou non, du système. Il est donc important de veiller à ce que la terminologie employée quant à l’évolution du système d’un état à un autre : « naturelle », « de lui-même », etc. soit clarifiée.

Ceci peut renvoyer à un aspect théorique qui se traduit dans les conceptions des étu- diants : le système de contrôle peut être apparent ou non, constitutif du système ou non. C’est un point discuté dans (Mayr, 1970) qui différencie les systèmes dont le contrôle peut être séparé physiquement du système complet des autres. Comme on l’a vu dans l’introduction, certains systèmes libres peuvent êtres modélisés comme des systèmes rétro-alimentés (la girouette par exemple) sans que l’on puisse physiquement séparer la partie relative à la régulation. Dans un des groupes mixtes, un des élèves explique ainsi « Je crois que c’est aussi pour une raison de contrôle…c’est-à-dire…on dit que la balance a un système de contrôle qui est le contrepoids[…] [text] » (GM3, 16 :21). On peut remarquer que dans ce cas, le pendule ne déclenche pas ce type de commentaire, sans doute, parce qu’il est rarement fait état des moments qui œuvrent pourtant dans ce cas-là, exactement comme dans le cas de la balance (voir l’étude de la balance en annexe, page 234).

Concernant la définition de la perturbation, cet aspect a été finalement éludé pour le cas de l’équilibre : les étudiants ont considéré la perturbation pour étudier le cas où elle est absente (pour juger de l’équilibre). Ici, il s’agit de lui donner corps, et notamment, de la définir en terme d’action et de durée. Cette étape est donc essentielle.

On peut globalement valider l’hypothèse de cette partie (indicateur I1s), les étudiants arrivant à formuler des définitions dans le sens de ce qui avait été prévu, et contenant

les précisions suffisantes pour avancer dans l’activité. On peut observer néanmoins, que l’enseignant prend une part plus importante dans les débats. Si l’on considère qu’il fait partie du milieu (didactique), ceci n’a rien de problématique. Cependant, il s’avère que son action, la rétro-alimentation qu’il fournit pour moduler l’activité des étudiants, soit ici indispensable et peut engendrer des disparités entre les groupes, entre ceux qui vont bénéficier de ce retour et les autres, du fait de sa disponibilité. Nous avons observé dans cette partie, que les étudiants livrés à eux-même, commencent à échanger parfois longue- ment sur des sujets sans rapport avec l’activité proposée, au détriment d’une réflexion en profondeur.

Ceci apparaît comme une limite majeure de cette activité qui, on le verra, peut entraîner un biais dans la représentativité des données statistiques de ces groupes.

Pour finir, on note aussi un léger manque dans la construction de l’ingénierie : l’absence de systèmes instables qui ne se déplacent pas. Les deux seuls systèmes instables (les pen- dules) sont en effet aussi les seuls qui se meuvent. Certes le premier cas peut fort bien se considérer comme un cas immobile (le chariot) mais c’est une précision supplémentaire à apporter dans cette partie.