PLACE DU PHÉNOMÈNE DE FROTTEMENT
DANS L’ENSEIGNEMENT DE L’ÉNERGIE :
CONCEPTIONS DES ÉLÈVES
Oussama TOUATI
LHIRDHIST, Université Lyon 1
MOTS-CLÉS : ÉNERGIE - FROTTEMENT - CONCEPTIONS - APPRENTISSAGE
RÉSUMÉ : Un phénomène particulièrement important en physique est celui du frottement ; nous
avons vu qu’il intervient très tôt dans l’enseignement et qu’il est évoqué tout le long du cursus scolaire. Pour comprendre ce qu’il se passe chez l’élève, nous avons choisi de l’observer à partir de ce qu’est pour lui la physique de frottement selon des variables de commande physiques et didactiques. Nous avons construit un ensemble de situations qui sont autant d’analyseurs de la relation recherchée entre ces catégories de variables.
ABSTRACT : The phenomenon of friction is very important during scolar life we try to analyse
how our students understand friction.
1. INTRODUCTION
Nous avons vu que le phénomène de frottement intervient très tôt dans l’enseignement et qu’il est évoqué tout le long du cursus scolaire. Il est d’autre part, incontournable en énergétique, lors de l’étude de la transformation de l’énergie sous forme mécanique en forme thermique. Il est d’autre part l’objet d’études récentes en tribologie qui montre son intérêt en physique. Nous l’avons donc choisi comme prototype des phénomènes enseignés en ce qui concerne l’illustration du rôle du temps et du processus de modélisation, nous voulons savoir ce qu’il en est pour l’élève afin de pouvoir, ultérieurement améliorer les dispositifs d’enseignement de l’énergie concept central de la physique.
2. L’ÉTUDE DES CONCEPTIONS
2.1 Variables étudiés
Nos variables de commande sont les observables physiques et didactiques qui permettent de décrire les raisonnements relatifs aux phénomènes d’enseignements ; ce sont :
- variables temporelles, statique, dynamique,
- variables mécaniques relatives à la composition surface/volume, - variable théorique : relations causales.
Nos variables dépendantes sont celles qui caractérisent les conceptions des élèves et sont liées à : - la primauté des objets sur les dispositifs,
- la description intemporelle ou cinématographique de la causalité, - la référence à un environnement familier.
Comme les conceptions ne peuvent être définies ponctuellement nous avons construit un ensemble de situations qui sont autant « d’analyseur » de la relation cherchée entre ces deux catégories de variables !
2.2 Constructions du questionnaire
Après plusieurs essais nous nous somme limité à neuf questions réparties comme suit :
- Deux questions qui interrogent l’élève sur ses explications à propos de situations statiques en présence de frottement.
- Quatre questions qui impliquent un mouvement en présence de frottement - Quatre questions qui sollicitent une étude en terme d’énergie.
Pour chacune de ces questions nous laissons le choix à l’élève de se placer dans un contexte intemporel (propriétés, descriptions), ou temporel (variation événementielle).
2.3 Population
Le questionnaire à été soumis à une population supposée avoir déjà étudié le frottement dans le cadre des programmes de lycées ; il s’agit d’un échantillon de 60 étudiants :
- 27 étudiants MPCI (première année universitaire spécialité sciences physiques : Faculté des sciences de Bizerte, Tunisie),
- 19 étudiants (première année préparatoire des études d’ingénierie : Institut préparatoire des études d’ingénieur de Mateur),
- 14 étudiants SP.4 (quatrième année universitaire niveau maîtrise spécialité science physique :
Faculté des sciences de Bizerte).
La diversité de ce choix se justifie par le fait que le phénomène de frottement est surtout évoqué en 7e année secondaire lors de l’enseignement de l’énergie. Dans le but d’atténuer les effets du contrat didactique, nous avons choisi un échantillons des étudiants ingénieurs en ayant à l’esprit que le frottement est un souci technologique et que ces étudiants vont raisonner d’une autre manière que leurs collègue de la faculté. Le choix d’un échantillon des étudiants de maîtrise est justifié par une recherche de cohérence de notre travail qui se base sur l’hypothèse que les conceptions seront les mêmes pour tous les nivaux.
3. CONCLUSION
Notre étude nous conduit à des conclusions et une conjecture qui nous semble propres :
- Un amalgame de conceptions peut être attribué à l’étudiant lorsqu’on évoque le frottement (concept implicite dans l’enseignement) en présence d’énergie et de mouvement.
- Nous avons observé la manifestation d’une conception historique par les étudiants (le phénomène de frottement dépend de la surface de contact) qui justifie notre étude historique du frottement sans que nous fassions une hypothèse d’un parallélisme entre l’ontogenèse et la phylogenèse !
- Nous avons vu que l’étudiant ne pourra mobiliser un système cohérent d’analyse du phénomène de frottement en tant que transformateur d’énergie que s’il dispose d’un minimum d’approche microscopique du phénomène. Or, nous avons constaté que lorsque la question met en scène une situation familière et coutumière, non prototypique de l’enseignement, on a des réponses en termes de connaissances primaires qui renvoient à des croyances primaires sur le monde et les propriétés des objets.
- Lorsque la question met en scène une situation familière et non coutumière, non prototypique de l’enseignement, on a des réponses en termes de mécanismes provenant des théories énergétiques spontanées des étudiants qui réunissent chaleur, électricité, lumière.
Ces constatations nous amènent à conclure que le choix d’un contexte familier non coutumier mettant en jeu les effets perceptibles du frottement permet à l’étudiant de passer de la simple
description qualitative de l’interaction à une explication en termes de mécanismes avec éventuellement l’introduction d’une comparaison, d’une métaphore, d’une modélisation.
BIBLIOGRAPHIE
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