ARTheque - STEF - ENS Cachan | Les représentations et les interprétations d'élèves concernant les notions de température, chaleur, gaz, pression en classe de sixième

(1)

LtS REPRESENTATIONS ET LES INTERPRETATIONS D'ELEVES

CONCERNANT LES NOTIONS DE TEMPERATURE, CHALEUR,

GAI, PRESSION EN CLASSE DE

6ËME

Présentation et Modération

M. BARBOUX - A. CHüNAT

~I.G. SERE - A. TIRERGIIIEN

(2)

WTROIJUCTIOèl

CP tr~vnil _{se place dans le contexte d'llne recllPfcllC} officip1-le. L~ cnnrllin~tiQnen est assllr~e par l'ln~pection G~n~rnle de Scil~t~ ces Physiques et la gestinn par l'LN.R.r.

Elle est conduite d'une part par l'Inspection _Rê~ion"le _de Sciences Physiques de Limoges et d'autre part par le labnratoire LIRrSp

Nous ne prêsenteron~ ici que le travail men~ par le l~bora

toire LIRESPT dont nous faisons partie.

Cette recherche est prévue pour 4 ans et notlS en sommes ~ l~ 2i'-me année.

Son premier but es t'Id1apporter aux professeurs oes coII?>ges

une conn<1.iSSélnCc plus l.1rge des enfants qUf' celle fournie pat lcur

pn'pre expé.rience, et de leur donner la possihi 1ité de mieux ajuster

lelJr erlseignement aux aptitlldes et aux besoins des êl~ves du prcrnicr cycleu

•

Cette recherche doit igalement faire une êtude des

reprê.en-t:ltions en fonction du milieu socio-culturel. Nous ne donnerons ici

.1tICIJf1 _{réslJltat C'onrernant cettE'} _dernière _partie.

C0mpte tenu de ces buts, nous avons _{choisi d'orienter} _nos

trolvau;·: rour qll'_{ils nous permettent de fournir}

;'IllX professe1Jrs:

1. des inL'rT11é1tions:

- irlfl1rrnatinns Rltr les repr€sentations (les êl~VPSt lCIJrs C0Tl-n.liss.Jnces, leurs blnC,J~-"es. leurs modes _JE' _{raisonnement pnllr les} _rIF~ nomèrlcs correspnTld~nt_{aux notions des parties} _dll _prngro1mmp

dp ScipnC0s

Physiques concern8es p;lf 1.1 recherche.

- infnnn;.ltions S\lf des _{situ<ltions à'enseigncment : m<lnirul<ltlclrlS ct} con'.:;i-grlPs

a

_{propos par excITlplc de notions prêscntnrlt}

de~ (lifficlllt~s p,Jrticuli~r'\s.dps

(3)

lns.

ilS qllP 1(' pr"fr:ss<_'ur ~ll11Irr,1 uti1isor C!:lTlS sa cl.1sSP p011r conl1"ft re

r,\r lui les r(~préf:l'llt-;'lr-ic'T1S, 12s cnnn;lis:;anc('s, ]ps hloc.1g,:,s, les mndcs de t;]is(l{l-llc'r.cnt d(.l C::".'"; f,j,3vps. ('('S r.1U\'t~llS seront esse!"rt"i{>11er;~cntdes gri110s dp dépOli;11pme'nt de

tr,:-;] l,II ,le compte-rcndus cil? rl~H1iplllatjon. Ccs E~ril1l?s pPlIvrnt pgalemr:nt "ider 10 r1rl,feS5C-1lr .1 nbsf'rvcr S0S éll'\,('s penn,lnt qu'jls m'lnipulent.

~J(1U~ présC'ntl1ns çi--r.!l'SS0US succint0rnent l 'org;ll\iséltion de notre recherche et

~es Lili,j"s pilie; nous dpl1nC11"S d('s excr:lples d'inf,,'rm,ltinns et dt" moyens qUE' nous

pen-SI.-llle; f n l l r n Î r ,1\1>: pr0fC'sSf'llrs.

U _{_.-}0RC,\'~_{_ .}(SATlO'l ET HETilOUES. , ~

-Il nOlis semhle important de souligner que cette recherche est menée

conioin-t('.tn12nt [nr des chercheurs et df's enseign.:tnts. Ainsi l'équipe de recherche comprend pr'tlr cette <1nn,:?e scolaire Il rn,[C'ssellfs enseignant les sciences physiques en 6ème ct )t?n1e et cherdwurs.

}.<1 rf>c!lcrcile p"rtp :::;llr Ips noti{lnS de chaleur, température, gaz.pression cn rrcs p0i1d.lnt au programme officiel.

POlir ~ccéder

a

lin lorge êventail de repr~sentationsdes ~lêves de 6~me et p('ur élaborer des moyens d fournir ;lUX professeurs, nnus utilisnns de~ outils v.1riés.

Los 0utils utilis.és (entretien, questionn3ire, travail avpc un groUD!?,

COf\-tr~les etc . . . )ont êtê êl~b0r8s pOlIr approfondir les diffic\lltfs notionnelles rencon-tr0~s dallS lns rIJs~c~.

Ces outils, même ceux qui comme les questionnaires et entre.tiE'n~ne sont p;l~ util lsés en situation d'cTlseignE'ment, ont été construits en prenant le point de

\'11[' du pllysicien qui doit enseigncr.

P3r exemple dalls le r,JS des questionnai rf'S, noliS avons rosé esspnticl1pmf'nt trnis types de qllE'stions~

- des (l'lcstio!1:':; (IcH~titÙ~C's ;] nous donner rles infollll.ltiC1ns sur 1('5 n'lrréscn-t;lrions dpc; ;;lèves: Par exC'mple dcs f111cstioI1S telles flllC cf'llC' cl" 1;1 figllre 3 :

Iton pCtlt chatlffrr .îllssi fort et ;1l1ssi ]ongtclllps que l'(lll veut, penses-t.u

1]11'-' les solides suivants ruisscnt df'vpnir: 1i'l'lid0 (lU g-'7CIIX" et ()n prt1rOSC un

CE'r-rp\lr Il'ls (lllf;lnt:~. 1:1 rt'pl'I1rc;C;" de (""011(,s qllPsti p llC:: ('.st f'n géTl~'r.1J dt' ]'orc1r(' '.!l 1.1 1'(llljt'l:tUlt' pl,îIISil111.' :1,1\[1" 1;1f]'lf'11c ils fe'nt ;lpp01 7i ]('11r:, Î(lnn.,iso.:,'lll('P<::: rPr~illl-il·-Ilt'S {~\1 C'I1Ct,rc- ;1 leurs P'"';,lc(plis. D.ln,; l'ex('mplC' d{,nné, 1;1 fl11cstinn ('st dC':::;tiTl'~f';1 l'I""l~+'I' d"ll1t~ fJll,'J Il' tllCStlre Il':; l'nf.1nts gÎ'[li~r,11i.sf'nt.1 pl1lsi('urs Sl)ll~k·s 1.1

(4)

des qupstinns destin(.es à _{('()!lI11.1tr(' df.'S ml1t!0S de' r;"}isnn[lcmf'tlt nI! "nenT"} qllCls rôles ('Ill qllf'l les relati(1lls les élt'ves étélblisscnt _{entre crrt.lins p<lr,lmètrr's} itlterVC'Il<lllt dilns une' sîtll.1ti0rt expérimC'ntnle.

NOlis cl]_{Ions présenter les ré.stllt<lts C(l[lCerll,1.nt:}

d'lIne p,lrt les inform;]ti011S,d',lutre _r<lrl _{Cltlc1rl'lC's moyens de}

('(>IlIl;llSS;1T"lCf'

des élpves que nouS donl1('[nrls <lUX prOfeSSf>llfs.

TIl H~FORH,\TImiS.

NntiS _{donnerons quelqllPs-uns des résllltC1ts des questiC'nnélires}

r,lssés " 1,1

rentrée de cette année sCOIc1irf'. Ces résult.:lts porte.nt sur les 300 premiers dépOlJi

l-Iés. _{Ils s'<1git de ceux passés dans les} _cL~sses

des professeurs OP l'éf1uifH' rie rpclJ~'r

elle. Les coll~~es correspondélnt sent _{rêpartis d<lns des sectctJrs de} _miliellx

socio-culturels très diff6.rents. N('lUS illustrerons ces résult;]ts par quelquPs-ulls des

entre-tiens faits êgnlement _{en dêbtJt J'ann0e dans ces classes.}

1. _{RESULTATS CONCERNANT LE D0HAINE CHALEUR TEIIPERATURE.}

NOlis allons f;tire t0l.1t cl'abord une brÈ'\.'c _{rema[I""j"\Ip sur l'uti liS,"1tlnn du}

tl1pr-les _{qucr::ti0nnnire:s et entretiens Ollt montré que p0ur cert:lÎns pnfants,}

l' " tili

s3ti(ln du tfl;:rrw1mètre présEntait quelques difficulté..:;;. Par e;-(emple l'indic;:ttioll qu'i 1

donne pellt ~tre liêe:

- à 1;] température maximum du tllermomr'tI"e

- à son orientation, _{Par exemple si S;:Ins dépiacPf le}

r r spp..'01 r du thpnn0mptrp

on oriente le thermomètre différemmf'nt, pOUf certains E'Tlf.1nts , lITT1dir,lti~în

dOllnêc [l('Ut varier.

Par contre p.l<11gré ce.~ difficultés 1e tl1ennc)lllf'l-re est rpC011nu comme nV:Jnl 1;-1

f011ction dC' d(lnnpr 1;1 _{tpmpér,ltl1re rie l'nhjpt rr1Tl<:;idrrr et dE" CP} _f~jt

PC,llf lltilisrr 1"., the rrnnn1ètr(' , il n'pst _{PélS néccss,11rp et heUrE'!lSP!'lC'llt, c1';n'nTr 1;1 nnti011 d'éflllilihrc}

t'ICrmi1j'Jc.

(5)

, l ',l'!L!C C ; ; t'I ,1i

107.

Ile pl,;.;, ll\.LIIld cp,;: nbjpts snnt ~n int('"(]ction avec c1 ';lutres qui ne ~0nt P,1'::; ,:'j l" 1::'~1~ tC":;1;'''c''-'('_J:'c, lin ,:-.cjct rn0rnlli111C' re\;[ n-,froidir du [dit àtl mat8ri;1ll, al()r~ q,,"1'i.,'hj'-" l."l l' \~~ti0\Jc. IJÎIlC ':'11 t,:~l1. pr:'ui..: réchallffer.

1.i.1

(lU :':ln peut fH'nsrr n:1Ive ."1 r-,-'()rl; est... r:e qlle q'~t:1nd on chauffe 1In(' SlJbsté1T1Ce. (pour

1,1-q'.lclle il n1y,] ~,lS de Ch'11l;?,er71cn::: d~ét<lt), les élèves reconn8îssE'nt néc(~ss,1irement'Ille

('onsÎdérOilS les résulLîts de 1.1. question posée dans un des qucstionn,JjrC'$ ini.-( i(1u:< ('ft cl,1~S~~ d e 6ème. (',l0ir figqr e l )

)) 011 ~eot ~';r lI:'" rl~'rl"?_~é\('crrir;"<''' '~'UIIP ",Jisini~re tr~i~ !::Jsser('!>'s, t'Ul'lf'

pl~in" ,!~ 5lj<:~-' 'autre r!<'i:H' JO:' ~,:.r.l... et 1.1 tToi<;i(.ltl~ rlein~ d'e~u. Il y a un

thfr.TIC'T'o.ètp· ,jaiig -:hJIIQuP c"!<;spr0!p.

A<J beut d'ma p.eit ='l1!:erlt, .<;Î tll t0w:hes ce 1u'il v 3 d"ln~ la casserolefOt ~i tu ti3 c,ur le then",n!..i>tr!'. !'l5t ~:> Vl";

.~

23f

(6)

II1R.

0nvoitquc:

- 1<1 gr.lncir majnrité d&:>~ enf"nts recofll1.'llt dnns le cas de l'eau que 1<1 trl',',-rfr;lturr auf::mente ou tout simplement qu'ils s(' hrûlent.

- moine:; de lél moitié dps enf.lnts reconnaît qlle le s;lhlc augn:èntc <1(' tPll1!"~-r.,ture et encore moins (le 1/3) qu'il puisse briîler.

L'analysC' des "pollrq1l01?t' montre essenti.ellement deux type~ d'argulnf'nts: - l'un, \ltilisp Sllrtout dans le C(1S dll s<lhle. f(1Ît appf'l ::l la n.J.~~:~ _~_~_~.J~2 considéré, p.1.r exemple "parc~ qlle le sn.h10 Pf'llt (on ne PClIt pas) devpnir Ch.1Ud"

- l'autre, utilis~ dans le cas dll sucre et de 1

.

eau, fait appel ?i UllL' modi-fic.:J.tion de ~.Y~r~t par exC'mple: "p.1ree qu1il (le sllcre) sera d .. vC'tlu dll c.îr.1TTH:,11t (lU

encore "pnrce 'lue l'cal! bnut".

Cet argument a été rCIlcontr8 ;lU cours des cntrC'tÎt'IlS, m:lis cC'ttf' [()i~ d,l11:-le C.1S du sel: certains ('nf;lnts, qllilnd ils fals.lient Ch;lllff('r du sel sur 111l (':lI11r'il1g~ g:1z • .1ffirn);)icnt CJue le sel ntét.lit p.1S ch:lud c~r son ;lspect n';n;"it P,lS Ch.1Tlljé.

Aill<..;i, l~ relation c.lllsaie

on cl1.:luffCl 9' l3 tempér.1.tute> de 1 'objpt ch.1uffé augmente

n'est p~s reconnue systématiql1ement p3t une bonne partie dps cnf~nts. Elle semble reconnue dans les cas où l'enfant ;l acq"is une expérience (Oll

une connaissance) ~on~elle.

La gén~r:llis.lti0n.1 l'ensemblf:' des sitlt:ltinns semblahles n'(>st pac: f.:lit ...

pOlir \lll{~ p;lrt Ilon np~ligc;lhle des enfants entt:lnt cn 6èm('.

~~ous <1\'(,ns étudié le t-ô10 que les enr,,:mts f.1is;1it'nt jn\lf?x R: tli.l.'prs p;lr.lI'·I~trf'c; p,lrmi lesquels le temps de chauffrigp. Il est <1pp~rLl f"/\IC les f'nf:lnts pr('flTlPnt rn C0lnptf' rTl priC'rité le temps cie ch.Juff,lgl? ou enC0rc qu'il 0 lln p for."1ndr> irq...nrt;mf'ol. loure: Yf>u-:-:. Ainsi. d.1ns U!1~ fltlCc;tion oil deux p<ltélm;-'tn"s S(lnt .J rrondrp en cnmrte~ ~P!:lr<: de

IITle I?xplir'ation pOlIr la réronsf' ('xC1cte, se réfèrc':.lu temps <lf" (h,ltlf[;lf'(' <'11('1C; (]U'é' JR7 ~e rrf2>r0 ail débit. tr~ç rel! rn'nllent en com['te les cleu-:-: pnr;lm;:'tres.

(7)

,l.-lq.:::; rl0c; pxpliC"ltion.<; fOllrnil?s p0\lr 1;] h(lTlnp rép'lt1r.;p

1.111'"' ,grlLl.;]" !T',îi,'-_~rjt~ rl'('nf.lnt~ (7S-:;) 1\11. S.:lns fail-e intC'r\'C'nir 1.0' tempe:: nnns leur <lrgu-l'lent,ltil"'l. 1C' Llit intet"\'{"'llir r-L1T1S leur r';l'nnse. On é1 df'C: rpp(lnSeS du type: HnémÎp

di?:-J ' "r:~.ûr

l~Jj

ill/

D

11:;;>r(':ln"",'.t les,·.~I:'{'s C3~r.<>r\."'les, il:; pT~n,h>nl les :!"êr.'"'cs then:'JI'T':;tres,

ils :':"::>ttcnt autM~td'e.lu Ju rohinpt (à 20~C) d.:JrlS leur ca5~erole

1"(]is ':("~ëi('rose "a <':;;<;<OO'r01e 5 Jr rjf"Jl' c.]"~pîn>;-glzf't Arthllr un 51"111. tes trr"is (;\r:::pi,...~-'i!.']:Z:lJlarr:.i1ent dl' la mp.ml!' façon.

Qui a d~r~n5é Il!'plusde F;az peur avoir l'eau à 80~C ?

- Anh'" _

-013

%

- ","ci,

058

- Aut]l1t pour Arthur que pour !:0i~T:'1ie

024

- j , "' "i, P"_ CJ

5

Figu re 2

(\>ttt~ qllc'stÎnn (figllrp 2) montre 0g,llpmf>nt unl' rlêmarche (Jbscrvéf' C0Ur;lnl1llCnt ("()n~Îst.lJlt ,~ [,lir(' varil~r d:lil~ le m~nlr:' sens dellx paramÈ'tres propns6s. Par ex('mrle. S8". "!lt elH1isi "~~r~l-;mi01" élvec Ilne pxplic"ti(~ndu type:

:.J(l(;~ni(, :1 plll'-'; de (:lInpillg~g:lZ (qll'i\th\lt") NpE:'mie dppensf' E.~:..:.s_~::.._g<~ n l l l S ('('c; <1lH?.c;tinnn:Ii[es Th/US "'v.'ns \/0lont.lirernent évité d'utIliser le mot

d l " i ! " ' l l t " , (',1[ d'Iln(' part Srl c;ignific.ltl~)11 pnllr lf1S pnf.1nts, C1IIÎ est celle du t.lng;lg0 ,_'f'llr::llt l'st rl'Il pn;ci<::~, ct d',"1utrf' p;ll't il n'pst rns indispens::J.hle de l'intrfldllire pl'ur d,';ctirI' C"l'l'l'ctemel1t les l1p(.r,îtl(lflS d(' c1L1Uff,lgl-' si par ("C'Tltrc (ln in~r<-'duit 1(' lh--;bÎt ('l la (~\1r;s11n'lLltltiptlde (·nmhustihlC"'.

1 .~ ~L~~1~t_ion~<!~T1J_~~1~_t_L~t~_~~-!.._ll_T~~'~~2_~tJ~~-_~_tat.

Noue: ;1':nns c(~nsid~~rp. d;1nc: 1\1r~11l' mesur(' lt-'s enf,lnts rC"'C'C'nn3iss('nt 011

,Î('CPP-t"r nt:

li1 rpssihilit0 r(lUr tlll corps cie ch.lngclr J'étlt les fleJL1!!1ètrcs intC'r\'C"n.lllt d,l11S le clLlngcment d'ét".1t.

(8)

11n.

1 .2.1.

devcnir liquide q\l;lnd no les rh:luffe?

Considérons les résultats de 1<1 questit1n d(1nTl~E' (figure ])

Fi~l!rf' )

On sc rend compte qlle pOllr les enfrlnts, la p0sc;ihilité pour cert,lins sol idf'S dp ùf'venir liquide \!~rie tout ;'i fdit suivant le solidE' c:onsirlfrp.

Ainsi, si le fer, l'or et le plomb sont con~id6rps paf plus de 1:1 moitié. dps élèv0s cornmf:> pouvant df'venÎr liquide il n'en est P;::lS de m0mp pour l'aluminium, le sel et encore moins le dinmn[lt.

Q!I.lnd nn ln:l1ysc l('~l faisons rlonnÉ'p.c; on ('fJn~Lltr~ '1"(, les ;:;10\'('0:: en deh('r~ de

CCII"" 'lIIÎ rt'T")Ilr.it'Il{ pnllr le ~;(>1 "fond" "fplJd r;l~" 011 "sc dissout", {lo' SI..' d i.ssnut ["l'.;"

Il:1SPCCt; eTl r.lrtÎculier- p(111r 1(' scl, r;lr ~'xC'rnrl(> "f1ll"CP q\10 r'est plein

rlf' p('~its 5~r;linc;

),1 n.ltl1rr' d~r lT'.ltéri.1U, r.lr e'{PlT1r]r l t_{r :}l l ( 11H' CI(">~t un I11Ptélt"

(9)

111.

l'--IIl"S ('nnTl,li'~s:\[l"('>;ppr';lH1Jlf'11('<;, rélr f'XC[llplC" pnlJf fabriflllPr dC'c:; ohj('t~~ ell ( l r " , !fil [lut f;li!"t"'. fr1I1dre pnll[" Cil f:Jir(' des briClllf'O:; d'nr".

t\i!1:~i Oll rC'tt-{111'.'C _~~--.!2.~0~~_t~lh~_(C_~~BI~~~':

'pIe cLllls le ('.1<; dr' ]:1

rc'cnnn,lis-111er" d't!!h' \\lg!ncnt.Jllnll cie trmpérélttlrC' _{lors d'une nprratjpl1 de ch;wff.lge.}

LJ,?ns h~s deux C,lS, _{;Hl~,nl('nt,ltinn}_de _{température et} _{Ch,l!1gf'OI(~nt}

d'ét:lt St'tlt" rf'~ l~()ll!l\IS r,Ylr ce;--t;lins cnrps lll.1is ~L'~.Jl_as de__~~~.1.!.!-.~

..

~i--.:.<;3t"L(~~.

Nous avons cO!1sidfré

léi température, _{sa stabi li}té

les conditicHlS _{(tempér.ltllre extérieure etc ... )}

le temps de chJllfbge

la quantité du corps

Tout cttabord _{la SLlbili té de la} _temprraturc _ne

semble pas du tout connue.

r~lr (':-:cmr1e, les _{réponses à une des questions montrent qUE' le même pourcent,qge}

d'en-fants reconn3tt que la _{tf'rnpéL1ture augmente qUri.nd l'e;lu ch.1.uffe et qu.1nd l'eau bout.}

A partir de là, il semble bien évident, que pour les enfants, la températ:ure

lors du ctl~Tlgcment d'~tJt va varier, atl _{moins dans le cas de} _}'eall,

avec les diffêrent9

paramètt-es: _{temps de chauffage, débi t de l'apP;lrcil}

de _{chauffage etc ... Ceci a été'} con-firmé O;lns plusieurs questi0llS.

NC1us _avons

posé ces questions dAns le but de pCltlvnir compé-1rer leur réslllt.1t

<Ivec ceux du questionnJire final.

P<lr e:\cmple des études (4) en Suède montrent qlle memc après enseignf'ment les

êlèvps ;lcccptpnt la st;lbilité tIC' _{1;1 température avec le temps de ch::llIffc1ge si ri(,Tl}

d'au-tre ne ch:ll1gc. _{mais font varier la température avec le débi t de l'appareil de ch"t1fhge.}

On peut ainsi noter qtle l,a tr0s grande m3j0rit~ (les pnfants ne cannait pc1S la

v:llpur de _{température ù'ébulliti.on de} _l'PéllI

ou de la fusion de 13 glace (environ 71, des

enfants f10nn('nt llne _{valC'ur correctp de la tf'fnpér.:lture de snlidific<1tion}

ou d'ébul1it10n

de l 'f'all).

RFSUIT,\TS _{cn:'ICERNANT l.IèS PROPRlETf:S}

PIIYSU)tll~S DES (;,\1'..

Le m~mp typP de qllf'stinnrl,1ircs Sllf les pl-opriPtés rhysi11!C'S dC's g,1?, rl étti l'rnr1d~0 ZlllX _{plèvf's de} 60mp df's ('I,,~~s('s qtlr nnus suiVC1ns, (f'Il'!irpn 300 él;-'vps). [1 ,1 r l ' I l t

lftt _{d',lppnrtcr qnclquC's infonn;ltinos}

sur ]ps ferrf'Sf'nt,:ltjons prp:ll,lbles des ('llf;Hlt~. Sil!

ks 11rPflriêtê-s très éléml~nt,lin.:~~rk l';'l.lt ~.l7.l'ltX, cnr ,1 cet dfU' _{tin PTlf:mt ('st} _tri'c; _{r f ' l l}

(10)

117 .

l'intcr-rngpr sur les propriPfl-'S rdus cnrnplc:-:('s (pli snnf ;1\1 pr('r-~lallll1H' de 6;>mf? NPll<; ne pl05<~l'nt'lns d,litS ces rjUnstlOlllLlirt'S {'('rite; f111f' dt'C:; Objl'tc:; cnllilllS df' lui: h:111nns, cll"Hn-I)f('s .1 l i r . h(111trillps Cil cn"~tit\l('nt 1'(,ss(,llticl. q\lC'l'ltll~S itl'ms lncttf'nt ('Il jC"11 lltll'

se-rill~:ll(' t_,t sr:r'""!lt Stlrt(lut pris ('n ('(lmptt' qlLlnd ils pnllrn'Tlt êtrC' (':(lmr~r(>~ ,"1IIX r!-slllt,lts df's t'lltt'ctil'ns finaux.

COr:lmf: rrécé\iE'mr:lC'llt les rp.c;II1Llt.s cff' fjlH'sti0nn:lires snnt i110strés et c('mr1pt(.s p"r C('ll:-C d'pntrf'tirTls individllels.

Notrp premier sClllci ct été de prérisC'[ où IPS PIlfrlnts Ioc,,] lsC:'nt ce qll' ils ;lrre11"-'llt l'air. Les questions :l;nsi qUE' les résultats sont donnés p.1r 1;1 fi~~l1r'" Il

D1..:*'5 :lf.!.Ctr.l f)F.S ~:IlDrOJT:; SUrVIJ1T!i,T~A-T-Jr.DE L'tInt

rour cb~~uel1cnc,rlrondn on mettnnt nne rrolx d~~g1ft ~o}onnooù ]ft T~ponEe

.ln pnrR!t jUBtC. l iy l'l do Ji nly 8. plL

l'air d'air

- t~~t.::::!P::P:l .~pll'll"

~~--

-_ Ca::~ ~~ bou~e!!1e p~e.!n~ _{d ' ,b:.Jlle} ft ras è...:orè.

_. [1",n5 le!> lrcu~ du cruj"~re

FIGURE 4

82/0

..

25%"

13/0

65%,.

15%

32/

0

22%

12%

Il ressort de ces chiffres que les élèves sDnt plus nombrPlIx à affirmer qlJ'il y a dp l'air dans un bDcal ouvert que daTls un b0cal ferm~. Et ceci est confirmê p.J[ les entretiens individuels= l ' a i r c'est avant tout ce qui est dehors. "c'pst 13 nature" dit une élève. Quand les enfants justifient qu'il y en a c'est qu'jJ est rpntré. Et si ils justifient qu'il n'y pn a pc1.c: c'est CJu'il y en .:1vait et q\t'il est ressorti.Un <Jutre l'n'lbl ème est de selvoi r CP flUE' les enf;mts dési.gnent par le nHlt <~Ür.

Pour cela nOliS lellr ;lVPIlS dem,lndé si certaines 0xpp rienC'Ps étaient p(1~sihlpc:;

d<111S l'"i1' et h0rs de ]'Clir.

Lp nombre d'f:.lèh's qui ont ?)~~ rpp0ndu ,1, 1,'1 fois dans pt hors dp 1'<lÎr rst si~~!lifiC:ltif: p.1r ordrp dpcrnissanr le.':: meillp'!rs résult.1ts (91~) C011('Ornf'nt 1.1 p;->c:si-IoilitA de vivrf'. r0tlr un r:h.qt, Puis vjpnn':'nt lE's 1>0I1n('8 répC'(]Sf'S p0ur 1<1 f,nc:c:;ihilir0 ql l"'1 Illln l'011gip (10 hr1ilp! (ùfl';,). p<111r l'acti(ln clC1 l'.,lr pxtpriC'11T .<::111 une _{s0riT1 b}liE b--"Ir_'h(~'(' (IR) E:""nfin pc....!}' lil rH.lsslbiljté f"Jll'(l J'a1r PTlfrrmé d.1BS un rfcipj"l1t s r l l l r l l ' de

(11)

113.

(èS résultats reflètent bien le fait que l'air ~oncerne l'enfant avant

tau: p3r le biais de la respiration, un peu par celui des combustions et très peu par

les int2ractions de type force ou résistance qu'il peut avoir avec lui.

2.2

~ous nous somwes intéressés à des propriétés de l'air immobile. Il est èn

~ffet bLen connu que pour les enfants les premières manifestatio~sde l'air sont le vent, le ~ouvement. En 6~I~e, 'air immobile n'est pas encore toujours reconnu (J)(5).Par

exemple Vdl~rie affirme qu' LI J'Y a pas d'air dans la seringue mais elle propose d'en

"faire", si.. be-soin est en actionnant le piston vers la main de l'interviewer.

Nous avons demandé aux enfants si l'air était pesane, si il se transportait

ee si il se conservait dans certaines transformations.

La question et les pourcentages de réponses sont donnés dans la figure 5.

On p.,e un hallca de foot peu COrûlé sur Ul1 pl.t.eau de bala..nceaL' 81euilla place cocu::se l'indique le dessin:

Puis on le gonfle .i.bloC' et Cln le remet s',,:: l~ ;;:·,t.~a'.l lie 1.. baLance. Regarde les trois dessins ~i-de:ssou5et r:::Iecs une_croix dans l~,"case en h~uc du dessin qui correspond 1 ca réponse.

~'

~~

,~

_ll2..

rJlL

1

%

m.

~o

,ugp/

JE 111: SAIS'/o

PAS

POlU"q..o1 u-tu cbo1,1 cett.. fi!:'U"07

(12)

l14.

Seulement 44% donnent la bonne réponse ~ais il semble qu'une plus gr3~de

proportion d'21èves attribuent à l'air la propriété d'agir sur la balance. Car ?a~i

les 25::: qui répondent que le ballon gonflé est plus léger, 65;; expliquent: "quand on gonfle le ballon, il n'y a plus tout son poids sur la balance".

Nous pensons que c'est une des propriétés les plus caractéristiques d'une quantité d'air et qui montre qu'elle jouit du statut d'objet permanent.

La question posée est un peu ambigüe: il s'agit de dire, dans un cas

particu-lier si il est possible ou non de transporter de l'air d'un lieu à un autre. Elle a

tout de même été comprise par un grand nombre d'élèves_ 19% pensent que c'est possible

53% pensent que c'est impossible. Parmi eux, 227. expliquent que l'on ne peut pas

attr3-per ou capturer l'air, et 147. qu'on ne peut le transporter.

Il s'agit de savoir si les élèves établissent une différence entre l'~ir

con-tenu dans un espace qui semble vide et cet espace lui même. Autrement dit, il s'agit

de savoir si ?our les élèves une quantité d'air se conserve quand le vol~~e qu'~lle

occupe varie. Cela revient à savoir si les élèves sont capables de comparer et de

clas-ser des quantités d'air en ne se laissant pas abuclas-ser par la perception qu'ils en ont,

c'est à dire le vOlume occupé. Des questions sur la conservation ou la variation de la

quantité d'air ont été posées à propos d'une bouteille fermée qu'on compresse, d'une

seringue ouverte puis bouchée dont on repousse le piston et d'un ballon de football

qu'on gonfle_7s7. des élèves savent qu'un ballon "gonflé à bloc" contient plus d'air

que le ballon dégonflé et un peu plus (85%) savent qu'une seri~guedébouchée contient

moins d'air quand le piston est poussé. L'ensemble des résultats montre clairement que les meilleures réponses sont celles où quantité d'air et volume varient dans le même

sens.

2.3 L'air ~eut-il changer d'état de pression?

Nous avons voulu connaitre les situations expérimentales pour lesquelles i2S

(13)

- Dans le b,J,llon ~unfl~.à blo<.:. l'air est plus

CJ.s:ie que dans le- ~allon peu gonflé

--

- D.:In5 _{Il:" b.allon gonflé à ·bice. l'ai.:- est plus}

t;ISS~1uC' l'ai r O:'X"lêrieur

tU as rc'pondu a.insL à cette dernlÈ'rt.: ohr.lse: .

b,Jllon gonfl~ à bloc. l·~t.:tt:de l'air:

S

0;

'23

te mèm~ que> celui di' l'au' du b.llon'

1

10 ,

DlS pUU I"qurJl - [).Jns 1e

Il',"'st Il .3S

11t,;"onf1..:.

2°) le~ ?nrases 3uivantes _{t~ B~blect-elles Traia~}_oU _rau~3est

r,-VRJ,-'-I-...,..-F-A-U-I--,---...,

FIGURE 6

La _{quescion donnée par la figure} ₆

emploie le cerme de "cassé" crès accessi-ble aux enfants. On remarque que la comparaison air intérieur - air excérieur est plus

difficile que air intérieur avant-air incérieur après. A la dernière question qui uti-lise le moC "état", 517. répondenc bien. Et parmi eux un tiers décric l'air cormne tassé,

rassemblé, comprimé, dur- quelques uns pensenC que l'air circule moins bien dans le bal-lon gonflé, qu'il est coincé, moins "relax", idées que l'on retrouve dans plusieurs réponses en encrecien.

Nous avons posé une question assez semblable (il s'agit d'une bouceille rigide dans laquelle on retire ou on ajoute de l'air) ucilisanc le mot pression. Des résulcacs,

il ressort que les enfants connaissent fort mal ce mot. Un fait important est mis en

lumière par les enCretiens: ils emploienc parfois à _{la place du mot air, peut-être parce}

que dans cercains cas "plus d'air" entraîne "plus de pression" ou parce que l'adjectif

"atmosphérique" est accolé aussi bien à air qu'à pression.

Les entretiens confirment que:

- Il est plus facile de reconnaître des changements de pression quand un évèné nent s'est produic dans une enceinte donnée, plucôc qu'entre l'intérieur ec l'extérieur,

'ù _{se Crouve cet air atmosphérique que les élèves Crouvent bien bien peu accif.}

- Il esc plus facile pour un élève de se rendre compte de la variation de

pres-;~on _{quand elle est une fonction croissante de la quanticé d'air. comme c'esc le cas}

(14)

'16.

IV U:J EXE~!PLE DE \IOYE~S DE CO:-;~:AISSA"CE DES ELEVES.

CèS moyens, proposés aux professeurs, sont ùu bien des contrôles ou bien des

questions accompagnant une expérience. Dans les deux cas ils sont accompagnés d'une grille de lecture permettant aux professeurs d'analyser les solutions des élèves.

Nous donnons ci-àessous un exemple d'un tel contrôle et de sa grille,

por-tant sur l'étuèe des transvasements. Sur ce sujet en 1979 - 1980, les professeurs de

l'équipe de recherche ont posé un certain nombre de contrôles toujours dans le Dut de

mettre en lwnière ce qu'est une quantité d'air pour les élèves: si pour eux elle a bier

acquis le statut de quantité, on peut la diviser en parties, il faut l'enfermer en lû

limitant soit par un récipient, soit par l'eau, de façon à ce qu'elle se conserve qu~~c

on la transporte. Enfin à la pression atmosphérique une même quantité ne peut occuper

qu'un volume donné. Telles sont les notions que l'on retrouve aussi dans le contrôle

dont voici l~ texte:

"Dans une grande bouteille, on a prélevé du gaz qui remplissait une grotte souterraine. Pour pouvoir réaliser des expériences sur ce gaz il faut en mettre dûns

trois tub'!s à essai. Comment ferais-tu?"

Il a été peu à peu mis au point et posé dans différentes classes par les

professeurs de l'équipe. Avec eux nous avons donc pu analyser un grand nombre de cooies d'élèves qui y ont répondu. Ceci nous a permis de les classer dans les catégories

sui-vantes;

1 - La solution proposée est un transvasement direct par déplace~entd'eau

su= la cuve à eau

2 - La solution proposée utilise ~~ tube à dégagement

et

reproduit le systè~e

montré aux élèves pou= recueillir sur l'eau un gaz qu: l'on fabrique L es catégories 1et2 concernent des sol:.lt~ons gloo"-le!:lent exactes.

3 - La solution proposée est telle que le gaz à transvaser est licité p"-r

l'eau.

4 - La solutio~ est telle que le cir~uitque doit parcourir le gaz à tr~~svaser

est un circuit fermé.

Le5 catégo~iesJ et 4 conce~~ent des élé~ents de solut~on qUi sont cor~ect~.

5 - La solution proposée est telle q~e,èans le circ:.lit pré'tU pour le ga=,

celui-ci ne peut pas circ~ler.

6 - La solution proposée prévoit q~IQ~ ~écipient de volu=e do~~é puisse

conteni~différentes quanti~ésde ga= à la ~ressicn at=osphé=~q~e.

(15)

117.

La ~igure -; mo:,,~:-e qllelques répor~ses cltélè~les

1ère t'éponse FIGURE 7 Solution na 2ème répon~_e _ -:-_~''<..:'~'

L':":

~C"'. _._.

_:'-:.:--~_:::--S

L '~u.'l ~

.i '... : .::.: .. :::

-r~"t"~~~;~

3èce réponse

Elle rentJ:'e dans la catégorie 1 puisqu'elle J:'eproduit le montage permettant de t'ecueillir un gaz, bien que l'élève ait omis de spécifier que le récipient d'arrivée (celui de gauche) doit être plein d'eau.

Solution na

Elle rentre dans les catégories ~ et 6. En effet l'élève a le souci d'enfer.ner

le gaz: cela l'élève l'a bien compris. Par ailleurs il met l'air de la grotte dans un

tube qui était quelques instants auparavant i l'air libre. C'est li la principale

dif-ficulté de l'élève: il pense qu'il est possible de mettre différentes quantités d'air

(16)

: 18.

Solution ~' 3

Cette solution est bien loin de celle qu'attendait le professeur. EI:e rentre

d.Jns L3 c.1têgorie 3 car l'~lè\"e a Dien compris qu1

il fallait de l'eau pour en:ermer, converser et liŒiter un gaz. Dans la catégorie 4 parce qu'il a aussi compris la

néces-sité de fermer le circuit suivi par le gaz. En fin dans la catégorie 5 car l'air de la grotte ne va sûrement pas pouvoir circuler. On peut cependant regarder de plus près

pour-quoi cet air ne circule pas. L'élève a bien pris soin de faire arriver l'air à la base

des tubes pleins d'eau: cela aussi est compris. Par contre, le système proposé ne permet

pas'au gaz de s'écouler: On peut dire que l'élève a l'occasion de cette solution se

trouve devant un problème pour lequel l'enseignement de 6ème ne lui donne pas d'éléments de réponse.

Ceci ne constitue qu'un exemple parmi les analyses semblables que nous avons

pu développer autour d'autres notions. Ce sont là des questions et des contrôles dont

l'intérêt réside dans l'analyse qui peut être faite des réponses des élèves. Ils ne peu-vent en aucun cas être détournés et servir d'objectifs d'enseignement.

B I B L I 0 G R A PHI E

(1) TI;::ERQITEN (A) "r'mes and Conditions of lear!'.ing. An example: the learning of

sar,e aspects of the concept of heat" in Proceedings of an International

Semi-nar. Ccgnitive Developnent Research in Science and Matheratics. The University

of Leeds (Sept, 1979)

(2) JE1\.."-SA.IN (D), f.}''DREi''lH (J), Hl'LEl-iACHS (F) et -al. "Initiation à l'étude de la teTIFérat'JIe et de la chaleur en classe de cinquième" in Bull de l"Union des Physiciens, N° &04, Page 1013 - 103S (May 1978)

(3) PAL8'-iACHS (Fl Introduction à l' enseignenent de l'état gazE'-': en classe de 6me

L~ Bull de l'Cnion des Physiciens, N° 399 (Déc. 1977)

(4) ,o.NDERSCN (3) "Seme 2spectS of children' s unèerstar,èir.g of taUing-peint." in P::DCeedi;:g of an Im.err.atior.al "errÜnar. Cogru.tive Develo[r.'ênt Research in Scier.-cc M,à "at.'1En3.tics. The University of Leeds (Se?t. 1979)

(5) SL'DE (~l.G.) "A:----prentissage en situation de classe c:e l.a not::.on c::e pression èe l'air en 6ème et en Sème". Camumication au Collcg.;e èe Cr..3ITDnix sur: "les Processus de Constrc:ction des concepts"(Fév. 1980)