ARTheque - STEF - ENS Cachan | Le raisonnement séquentiel en électrocinétique

(1)

I.E RAISONNEMENT SEQUENTIEL EN ELECTROCINETIQUE

J-L. CLOS SET

L.O.P.E.S. Université Paris VII F.S.A.Gx. Service de Physique GEMBLOUX (Belgique)

Résume' :

Les élèves et les étudiants possèdent des raisonnements naturels structurés et relativement stables. Ces raisonnements, fréquemment en contradiction avec ceux des physiciens, se caractérisent, en électrocinétique, par la non prise en compte de "l'influence de J'aval c,ur ITamant". Ils sont essentiellement de nature locale et non systémiques. Ils résistent à l'en:;eignement et sont responsables de bien des "erreurs" tant des élèves du secondaire que des étudiants en fin d'études universitaires.

(2)

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ctqlJl ;1'l'n ~'1t d'\ln

le plus pc~Jl i 1.Ié-finie surlI!1 ~,Uiet h..:i-même.

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exp1i·=iternt'nl l.ln ('nSt'ni:1c(j(" ion. Cc'rle.'"', déd15 l' 315,:' 1:11

"nutions" ('n rcl~~tjc,'net ,--=ünstruit de~~ ral~c,nnt:'l:-lcntsqUl ' J 1 1~,1 ) 1

ne-C[

(_~eux du Fhysi,-:ien. Ceux-ci constituent l'objet de notre étude.

Beaucoup d'erreurs rencontréi2s dans les copies ou au Jüboriltüirc de tré.1\"élux pratîques upd.rdi~scnttrèc, différemment

à

celui qui connan le raisonnèment naturel de ses élèvesdans le

ccnccrné. Les études de cesraisunnements (:"uvrent la jJi...:rieàun dutrere.~ard !e~"errc'ur:;" Jes élèves ct des étudiants ct permettenT Je suggérer une prdtique fférente

en ptC' l'c'xistencC' de l"ctter'hysique naturelle.

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kA 1 1·; LCTi<

trét~s par]

11.1"\'i i..1VQC un petit nornbrc cl'élLldianls~puis dequC:'sliL~nnâire~,de plus en plu3 rrécis pr~scnlés ô di:'5 grL,upesd'environcin'juante élèvesou étudiantslant chns itensei.gncrr,cnt c·('cc-ndaire que dans 1'cnscigncmlcntsupérieur.

Les r6s,ullats (lcquis rnorl1rcnt que leréusonnement intuitif est e:-;sentiellemcnt lC'ca! "en :-:-'U]\'éHlt leclrl'uil"C.>" qui se pôsse en aval n1

inf1uence pas J'amont): nous J'avons baptisé

ltséquen-tlel". (~eci ;;eIFaL1uit de façon spectaculi1irc aussi biendansla manièred1

interpré-ler la topologie des circu'its que par Je non respect des lois élémcntaires~telles que les lois de conservation d2

(3)

Onc,'Tlst,dc (jllSSj que les dilTiculté<.:. ('ngc'ndrèf's il un nivf'alJ d'un cur.slJ~ d'('nscl!~n('iTicnt l'euvefll piiraîtrclcrsqu'uilcpr<11iquf' suffisantc il in~téil1édes rnècanismcs dt:' rdi.s,~·'nnC'i:1('nt <"luI~'rL(]tiqLlCS Inais .se rctr(~u\'er lorsqu'on nlodifll:'quelque peu]a situation ou]cr~qu'cnpasse h un ,JuIre nivc'éJu. Leraisonnement n3turcl se transfert donc de pn5férencc au raisonnement appris.

L'orjslnc de \~("s raisl..."',nnCJTk'nts pourrait, dans \ln premier temp:-;. être ]jéE' au fait l1u't'n 61 tricité le. syst(.'me C'\plicZdif préscolaire n'est pas cl,mplct et peu stabilisé. L'électricité ~~aniC' cn effet pour ]'é1è've un aspect my'stérjcux lié (~l une c\pc'rifTIcf!lotic,n, à la r,-li~ inc,'!I:plète et ns directE'. Ces(~lIC'~,tic'nsrestent sans réplJnSe vraiment sati.'-:.faisanic, cequi sc trnduil /1<-:11' Je plus ~~randintérêt initial des éturliants pc'ur l'en;-,eigncrncnt de] 'électricité. Le:Tiudè1e

n,ilurel est dC';-lc su.s('c~)tjblc de poursuivre .c;a c:,-,nstruction if l JSiClfl de 1'j-.::'rlSeigIiCiJlcnt ct

lui é;lrc pliJ~ sC'n.sih1e. C'està l'L'ccdsionde l'irltr(,duc1.ioT1 des n()tionsdE' circuit et de c(~urJntqllC le rai ,.'nt1t.s~quentic1" mis en évidence déins ce domaine dé\'elc'<~'pe, ~c généralise et se

rcnfc-rcc. ~';aj.(~il est prübable que l'('n:~eignc;ncntne joueàcet égt'ird que le rÔjed'un cdtalyseur ct que le raisonnement rris enévidencetire son origine de schémû''s de pensée cHlciens

11[. (;UF~.·~;--,-'[~-,,--EXH1PLr:SliE E"ULlAIS.

donncn..1ns

à

la suitc que quelques exemples de résultii\':;; lelccu'ur r'~lurra, ,c;'jl Je désire. th"U\/crde plus arnp1e:-:: irformaiionsd.::l!1S d'autres r,ubljcaLi,--'n~ct ouçlrèsde J'auteur CI 2i 3)

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~~~~_t~~~~_ei~~_~~i_~~_~~~~_t~~~

(uestien 1 : Résultats ubrégés Fln ens. Second. Fin 1cr Cycle Univ

11

75 %

51

Réponoc "séquentielle"(1) a) 1 brille +fort que 2 b) 1 brille~ fort qu'avant

2 brille - fort qu'av_d_n_t.+-

--+

~ _+

Réponse correcte a) 1brille+ fort que 2

b) 1 moins fort qu'avant

2 moins fort qu'avant

(l) Exemple de iustification:ri} recevra plus d'électronsque 2 car R enauraretenu unecertaine

(4)

-(~)

n.rnpoulel). , On.. l/cu.-'-.1.:r--c..,Lt. (tue ['(;npo(~/e-1

---.---Question 2 :Résultats abrégés

0=-~-_::_f9-_~~i~l~~~~_?:_~::i-=_~::

~:~~i~)~~~~_i-~_~~~~_i?·~~~~_~~_~~_9~L_~~:~,~:::

'~~J~-~__!3~:~u_'._:.~ ?:l._,-~~ _~-,~:~:_(~~_e~~!-~'?_j,{-~~~~

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,ü"G?

Fin cnseig.Sccond. Fin 1er cycle t:niv.

Réponse "séqucnticlle"(2)

Réponse correcte

Conditions portant

sur la tJoîtc noire Toujours le cas

52 36 %

43

- - - - f - - - . - - - \

(2) Exemple de justification: "Fastouj~]ursle cas car la boîte' noire peut renfermer un générateur, donc lecourant sera différent à]a sortIe" - "Ce~testjamais le cas s'il ya des résistances cu des ampoules (qui ont une résistance propre) dans la bolte noire"

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_

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Question

J:

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e,~;twlg.én6J.-'o>tQu..r*",-~~wn

a/.Jep/1.Ct-"tuJt2.. R1e..1:..,I:2]0C),'l.tdQ)..J.)C.~-.é.~L6.tQj1CRj~

e.t /.:.

Q.I}-tW-lQ.bob·Ù1Qde. D.I2·{f-1Lli.-Iu..c.tinn_ ~ .t0v,wn 111GLUébo"'1.eO.dePl d ..fw..t.erv~illn

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~"'::"é~ude_!LL~<JrI~=".~_

':!::

J!t:'~_

ou non?

1 Question 3 : Résultat s abrégés Fin enseig. Second. Fin 1er cycle Univ.

R épon se "séq uentie lie "( 3) lil et U2

déphasée

SA

25

%

-Réponse correcte Ul etU2 en phase

SA

%

60

o.

/0

(3) Exemple de justification: "Le courant de sortie est déphasé de -«/2 par rapport au courant d'entrée de la bobine"

~n_

]~---Question 4: 1, ] ct.

3

00nt

c!.<M

Cimpouteo. V1enu~qlœ/)..

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coupe.[=

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(1)'''V..20ul..e 3, 011.-

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1eJ1.fève

e-t on n.Q~·ne.-t r-L.en. à -6a.p{.at:e. ,l'arnpou1...e.:2

(5)

1

-45 ';0

26

% 28 '% 11n 1(1C

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----Ie--·· llnl\è'15. llll\(rC;lÎ re - ~ - - -

-50

FinCï1~ci :ll'cc'nda]re 2p]u~ fcrt qu'ciV.J.nt 1 fe'rt qu'avant épC'r.~~_~t:5~~1~J~~~~e}1~~CL)

r,1Il -;:, f()rt (~U 'ilvant

lfcrt'qu'aVJnt

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _..L- - - ' - - _ ~ .J

(L) F\èl:lp1e de iustifica.ticn; "L'intcn::iilépû.s~anl ntendnt dans l'a:npC'ule~ égClleiÎf'UX fois

Cf'Jled'avant" - "Jusquel, le courant circule ~a!lS se préoccuper des élérrents du circuit qui forment le ITlonLigeaprès"

Question

5;

G

C<j,.t W'l 0JSl6xüt~de

t.CIl.-ô;_.on con1MHw_ dOiTt (a ni.jl:/oJ.-t..6.n.c..e-

1fLt.l2.-.'J-UR~R1; I~const si

p/

UR?

Il.

R2,3~const

V2 ,3\

VII'" Fin enseig.Second. 20,le

Fin 1er cycle U niv.

76

16

%

(5) Exemple de justification: "Le courant est le même dans les deux cas, V=Rl, une augmentation de R provoque une augmentation de V , I I

(6)

hi 1. L. CL()~Sl1 ]-!.,\'1tl\ L. ,,::ifT ]-L. Cc'ntribuÎi,-.::'n cl J\~tlJdc du i,-'n-lnfL'rfl,jli,~'n n° spl:"cia1 ::,cpt Ler.Ji,-:,oflilc:lil...'nt séquentieJ ~'n élt",-irl..."Clnètitiue.

ique. ijr,~ftre)