ARTheque - STEF - ENS Cachan | « L'homme est la mesure de toutes choses » ou les biais de la pensée commune

"L'HOMME EST LA MESURE DE TOUTES

CHOSES" ou Les biais de la pensée commune

Bernard VUILLEUMIER

Laboratoire de Didactique et d'Eplstémologle des

Sciences, Université de Genève

MOTS CLEFS.

pensée commune, concepts pnyslques

RESUME

La pensée commune, confrontée

il

dIYers problèmes physiques, recourt avec

automatisme a certains mécalllsmes De plus

de

360 reponses d'élèves

de

16

il

19 ans

Interrogés sur les proportions, le mouvement, la chute

des

corps et la Chaleur, nous déga;jeons

et explicitons QUelques uns parmi les plus fréquents

de

ces mécanismes et nous montrons en quoI

Ils peuvent faire obstacle

il

l'apprentissage

de

concepts physiques.

ABSTRACT

The common lhought, confronled Wllh

V8rlOUS

prüblems of phYSICS, hllS

automat ically recourse

10

some mechanlsms. After studying more than 360 answers on the

following tapies proportions, movement, frae fa Il , heat, wecan put in evlœnœand expllcile a

few

of lhe most usual of thase mechéllllsms, and try to demonstrate

wtJy th~

can bagat

difficultles when learning physies concepts

Travail réalise avec l'apPUI

de

la Direction

de

l'Ecole Supérieure de Commerce œ Genève

(sainl-Jean)

INTRODUCTION

La pensée commune, confrontée a dIvers problèmes phYSIQues, recourt avec automatisme a certains mécanIsmes Nous allons tenter d'explICiter quelques uns parmi les plus fréQuentsde

ces mécanismes et nous chercherons il montrer en QUOI Ils peuvent faire obst~le a l'apprentissageIleconcepts phYSIQUes Pour ce faire, nous examinerons

œs

réponses d'élèvesde

16il 19an~1) ilIlesQuest ionnaires portant sur les proport JOns. le mouvement. la chuteIles corps et la chaleur. nous analyserons Clansch~ecas les dIffIcultés Que les élèves rencontrent et montrerons Que de nombreuxobst~lesont une ongine commune

PREMIERE ENQUETE: INTUITION ET PROPORTIONS Nous avons soumis a125élèves les deux Questions suIVantes.

1 a) Yous /eflŒ.?//fleIXn1Jala surftt:eœ la Terre en s//ivan/laI!~œl'éQtJiJ/eur fLs clrœn(erenœ œ la Terre vo/// environ '10000km Elle se ~/cllle ,;I;'k~

œ l'e.<'prélSSlOfI C - 2nl?oUI?es/luiJYlYl œ la Terre qui ViJ//t 6400km)

h) Yousrall~ensllitelaœrœœ1 metre LacxrœneserariY1L'plllstefIdtJe.

,"o//r la tencre

4

fIOIJV8tJIJ, VaiS Is ';'I/es/MSS8rsur //n mur illJ! ("'/ le /OIJr œ 14 Terre. La/iauteurd/mllrseraaJ!llposeentre, 09/lmm. leI 10mm. let 10 cm, 1 etlOC/lTl, 1 e/IOm

2 YOiIS rapi/a? 185 mwes opir8/IOI7S s//r I/n globe terrestre œ 16 cm œ rayon POiIr qI/ii la cvrœ SOit tendue, le ml/r œvra titre,' plllsb~~œ Id même !I,jIJ/e//r, plus /iatlt f/lJe sur Terre

RESULTAT PLUS DE80~DE REPONSES FALISSES EN MOYENNE SUR LES DEUX QUESTIONS1

(n:125)

48~

o

mur moins haut Que sur Terre 9le mur de mtme hauteur 1Ble

mur plus haut gue sur Terre 73*

(1) Toules les enQuttes Que nous prhentonsICIontH~ r~elisres eupres d'èlèvesde le cole Supérieure de Commerce de Genève (st-Jean) Nous tenons.iremerCier la Direction de cette Ecole PO"- le soutien Qu'elle nous a toujours apporté,

"L'HOMME EST LA MESURE DE TOUTES CHOSES"

Les résultats de celte enquête montrent Que la pensée commune Ildhère sans réserve

il

cet aphorisme de Prot!llJlres Le raisonnement commun mis en œuvre pour résouare la premlére question porte en effet la marque de cette Ildhésion InconSCiente Il se ramène

à

ceci . ajouter 1 mètre il 40000 kilométres, c'est vraiment peu, oonc la hauteur du mur sera très très petite. Où est oonc l'erreur? Comparer la longueur ajoutée ( 1 métre)àcelledela circonférence (40000 kllometres) est parfaitement correct, mais la pensée commune, en prenant ImplIcitement l'Homme comme terme de comparaison, compare ensuite la hauteur du mur

à

celle d'un Homme(1)alors QU' i 1faut la comparer au rayon terrestre. Le sens commun opte oonc en général pour une hauteur de l'ordre du mlillmetre. Lorsqu'on envIsage, comme dans la deuxleme Question, un globe

il

taille humaine, les élèves référent spontanément l'augmentatIOnderayon a la taille de l'objet Cette tendance

à

toujours prendre l'Homme comme référence les conduit

à

penser Que l'augmentation de rayon, pour 1 mètre de corde ajouté, sera plus gronde œns le cas du globe que dans le cesdela Terre!

Comme la relatIOn qUI Ile la Circonférence C au rayon R est linéaIre (C : 2rrR), Il est faclle, par une Simple proportion, d'obtenir la bonne réponse. On posera que 1 metre est il la circonférence, comme la hauteur du mur est au r6yon de la Terre. En termes plus concIs.

(I/C) : (x/R) d'ou x =R/C: 6400/40000: 0 16metre

sans recourIr explicitement aux proportions, on peut également poser que la circonférence vaut C' après qu'on a eJouté 1métre On a alors.

C'

=C. 1métre

=2rrR • 1mètre

d'où on tIre

R'

=(C'I2rr)

=(211R • 1mètre)/2rr

=

R •• R

Le dernier terme de cette expressIOn (.R

=

1 mètre/2rr) donne la hauteur du mur et montre Que celle-cl ne (!épend plISlÉla taille de la sphère envlsao!leOnpeut aussi Illustrer graphIquement ce fait qui trMuit une propriété des fonctIons linéaires. l'augmentatIOnderayon .R est la même, Que l'on ajoute 1 métreàune petite CIrconférence CloUà_{une grande circonférence C2}

R : C/211

tiR

t==========:::::;~

DEUXIEME ENOUETE : OU'EST -CE QUE LE MOUVEMENT?

Nous avons Interr()Jé 76 eleves, Le questionnaIre comportaIt les questions sUIVantes' t:lu esl-ce POiJr VOlIS que le mouvt"menl ,) ESSdJ.'e.?

œ

le œrÎntr Jl/55i priklsimttn/ que posslOle

, Oans qvels casdr/-ùfllflJfI ,Jo)et quil est ahmmNJlle,tJIJrepos:?

tJ)en mO/lVemdflt )

.J ()/lelledrfftfrenceerls/e-/-/I entre mOilvemeflt el repos " RESULTAT ''LE MOUVEMENT C'EST QUANDÇABOUGE"

Tous les élèves référent spontanément le mouvement

a

eux le mowemlJfl/ pour mor. cils/

œ

vorr oouger, sor/ une cllose, ufle jJer5OllfleOUUfI anima/"Un objet est immobile "IcrsqlfrJ fIèOOllÇllpas, lorst;ll'/IfIIJmanrfeste aucufi slljfle d'.rtlVl/e"ou encore''qt;dfIIirI est roxtlf, qu';!

fI8fart rl8l1aJ/(!{.II ': 'Ufi otJlet esl 811 m(!{.lV8117811t lorsquCV!4?8f'p:JII qu'IIÔOI./ÇIl" "Lorst;lllll1 Oôlet se œpltxt1 ,'u est œpltKi, Il va mOllVement (In pellt le vOir " 'Ze mOilvemenl est tout It' tempsa:tJf,par CCVltrl? le repos est en etatli' passlVlté"On notera au passage l'importance Que les élèves élCCOrdent au constat visuel pour établtr S'Il y a mouvement ou pes En outre. la notion de mouvement étant pour eux en connexion etrolte avec les actesdepousser et de tirer. il leur paraît par consequent nécessaire d'attribuer une cause au mouvement "Un oblet est 811 mOllvemefll l/IW1dIl se liiplxe Il se (ijplxe t(IIJ}OIIrs'; CBuse ifUfiélémlJ!7/ solI' I78turel. ma/dnel, /'lIJma/fl "

ces

caractéristiques de leur concepllOn du mouvement comptent parmi celles QUI font le plus sérieusement obstacle a l'apprentissage

œs

concepts de base

ce

la Cinématique et de la liynam lque, notamment au caractère relatif du mouvement et

a

la 101 fondllmentale de la Clynam IQue

TROISIEME ENOUETE : LA CIiUTE LIBRE

Après létude

œs

lOIS du mouvement, nous avons proposé il42 éléves ce texte

ce

Galilée et nous leur avons demonœ

ce

se prononcer sur la valIdité de la sUPPOSItion falle par le Florentin,

1 e mabrliJ va an J(){/1T18IIlant

œ

Vitesse I1Jris lapro/xy/'1YlmÔIT/eOIJ rI slilo/~li' 5011 PO/flt

œ

{jjpart ,C(Yl)me Mt" exemple, SI/lfiçrwe tcmlJe àJ POlflt a ptr14/içneaIJai.le supposeQI./8le avé

œ

vrlassa t;fJ'ilIJ6t1CesttJIJ

avé Œ Vitesse1JtI'I/avOlt efl 0 comme/0dlslonce C3 esl ,;14d/s/6t1œÔ8et d!!7Sr.p.yCU'ls8;Iwnt.tlI7d Il JtJra un

œ;ré

œ

vr/esse plus

r4f}(/

ilIIM càJrls

la mesureOIJ18ifls/1JIICeŒesl plus çranœque10dlstlYlCe ca •(2)

(1) Pourles elévt5. le mowement (est d'abord el naturellement l'Idée d'un dtplacement.MaiSce n'est pasQUeça, Voyons plus précisement comment Ils s'expruTlent et ce QU'Ils pensentdumouvement:

- 62:Ildes eleves interrogés utilisent. pour definlr le mowement. le verbe DOlJ98r" - 34lides @Iéves associent au mo<Nemenl 1'1ICUVllé at "" rapos Il plSSIVlté - 34li~s@Iévas attribuant una cause au mOU\lamant

- 2Slides elevas consldérenl la roowamenl at le repos comme deux contraires - 12lides eleves votent dans le mouvement une transformetlon, un processus

Lb elèves polIVlIloot disposer œ leurs cahiers QUI contenaient les lois du mouvement,

œs

exercices résolus, le compte rendu d'une expérience (mouvement d'un chariot sur un plan incliné avec les temps nécessaIres

il

ce charIOt pour parcourIr 10, 40 et 90 cm)

RESUL TAT "ON VOIT BIEN QUEÇAAUG~lENTE"

Les élèves se fient davantageilce Qu'ils voient Qu'aux formules! Seuls 4 élèves sur 42 osent affirmer Que la supposition

œ

Galilée est fausse(1) Voiciàtare d'exemple Quelques uns œ leurs commentaires: 'PlIIs la dIstance est

gronœ,

1;xuJItif'éJtlûfl8IJ!lf1Ierdera. " "L~/tif'allûfl 81J{/I7I/!/7teIJVfur 1318 mesure qull yIJplu:;

œ

1000fJ/1evr el cime le lemps dlmlflœ " ':J, /135 dIstances MIre les poJi71sIJ, li, C, d SOfII les mêmes, 1~/éralJim allÇll7efllera 1000000tJrs

œ

mwe" 'II 135t vrlJl qœ léJ Vitesse 1JIIt)7I/!/7le krsqtJ'lly a VfIé! clivte, c'est-à-dIre que

ItraflératlOl7 va augmenter .. 'Z fJxélérallOl/dumolJlle éJlJÇfI7eflle mm JUsqu'à un rerlam pomt /lvisqu'aprris, le /ro118fl78f11 œ /'alr slalllifse SOfI xcilératl{);7" On ne peut Qu'être frappe par le nombre cl'erreurs que les élèves commettent dans leurs commentaires Remarquons Que ces erreurs relèvent preSQue toutes d'une ccnfusion entre Vitesse et occélératlOn et Que leur origine résl(il dans la représentatIOn essentiellement Visuelle Que les élèves ont clu mouvement D'une pllrt lis s'imllglnent la chute dans l'espllC€ et neIIIpensent pas en fonction du tem ps, d'autre part, ils se satlsfont d'une relation qualitative du type "plusIIIdistance parcourue augmente et plus la Vitesse augmente" Rien d'étonnant des lors qu'l1s éprouvent les plus granc1eS diffIcultés Il concevOir Que l'ocœlération est constante durant la chute (cela ne se VOlt pas1)et Qu'Ils pensent pour la plupart Que l'affIrmatIOndeGalilée est juste (l1s ne font pasdedistinction entre "plus la distance parcourue augmente et plusIIIvitesse lIugmente" et "la vitesse est proportionnellelila dIstance parcourue"),

OUATRIEME ENQUETE: A PROPOS DE CHALEUR

Nous avons interrOJé 118 élèves pour tenter d'établir le "profil"deleurs wnnalssances

ilpropos

œ

chaleur Nous lIVons notamment cherché

il

mettre en éviœnce iJdns leurs réponses le rôle respectif des connaIssances intuitives et des connalssences théorIQUes (temperature, Quantitédechaleur. chaleur massique et BqUlliore thermIque) VOICI pour Illustration troIsdes

quest IOns Que nous leur lIVonspo~,

1. Yous manç.ez1//18PI.?2QQUIéJétimalflt8llJJeau clitJtJddlJns Ufl fOllr li 50'C La pa'te VOlJS /pptlraÎt-alledIJsslcIJaudJque las lœnal85,?POIJrQtKJI,'? .? U/18 vOllurs est sllltfOl/née'; l'ombre Œpufs VIIJiJlJr

SIl r:tJ{'rosserls at ses pneus SOfII-lls dtgtJl8fll8flt frolas,?POIIrquol?

3. YOLIS Stispatl(1J.? Stir voIre /)(Jla:YI œnbrage,ptIrune frOlœ IlJtJm88 d'hMIr, Ufle vesle

œ

Mel al une v135ta œ fllJlltJlle fJOI/r les lltirer, JlIJtJS plrtlZ un tllilrmœnalre dins III

PiX/Je

mltirisure

œ

c/NJ1JJe vesle. Les valsurs 1flf1lquees

parlas IlJarmOl7lt9lras dIX Ii8ures plus tardS8rOl/t-slles~/es,'?PlJtJrquoi,?

(1) La vitesse Instantaotedechute o'est pas proportionnelleà la distance parcourue :v'

.f2id

ou a est uoe constante (acceltratlool Par contre, elle est prOllorlionnelle au temps de chute'V'at

RESULTAT. LES SENSATIONS PRIMENT

Quand les Questions portent sur les sensetlons (ex QUestIOn 1), les élèves fournissent une réponse correcte Lorsque les QuestIOns occeptent œux réponses selon Que l'on pense aux sen5<ltions ou aux températures (ex Question 2) les élèves se réfèrent major itairement aux sen5<ltlOns, cela les condUit a fournir en moyenne76~ œ réponses fausses aux Questions QUI, comme la QuestIOn3,font Intervenir la température. Ici encore, l'Homme veut être la mesure œ toUtfS choses. les élèves se substlluent en pensee au thermomètre et apportent une réponse QUi trlldult les sensations Qu'ils éprouveraient s'ils se trouvaientille place œ l'instrument.

CONCLUSION

Cesdliférentes enQuétes ont fait apparai tre la tendance élp:entrlQUe profonœ œ le pensée commune ainSI Qu'un

œs

modes Privilégiés œ son élaboretlon Dans la première enquête, nous dvons vu Que les eléves rMéralent spontanément diverses granœurs géométriquesileux et Qu'ils éprouvaient

œ

la dlfficulteilconcevoir Que

œs

Qualificatifs comme "petit" et "grand" n'avaient pas un caractere absolu. La œuxiéme enquête nous e montré Que les élèves référaient également le mouvement

à

eux at QU1Jne concevaient pas àavantlqJ le caractère relaW œ ce œrnJer que celUI

œs

adjectifs "petit" et "grand" cette enquête a en outre fait appllfaîlre l'importancedes constats Visuels etdesactIOns humaines dans le constructiondesconnaissances communes. Avec la trOISième enQuéte sont apparues les limites d'une représentation essentiellement \l1sualle et Qualitative du mouvement Finalement la Quatrième enquête 8 mis en évlœnce le rôle maJeur, dans le domaine œ la chaleur,desconnaissances élaborées sur la base œ constats senSibles

Au ter me œ cette Investigation, les Insuffisances ~ connalSS8nces intUitives -connaIssances fonœes sur les sensatIOns et empreintes d'élp:entrisme et d'anthropocentrisme-apparaissent clairement. La nécessité d'une Clécentratlon dans tout processus d'ecqulSltion œ connaissances objectives se fait sentir Cette œœntratlon n'exige pas Que l'on renonce aux perceptIOns etàl'intuition La SCience, comme le sens commun, fait touJours appel,ilun niveau oonne, aux Images intUitIVes pour représenter ses Objets d'etuOl Mels le recours systématiQUe

a

limage et il l'IntuItion correspond à un staœ Incohérent œ 18 connaIssance Pour QUe III connelSSdnce objective émerge, Il faut, en s'aIdant d'ima;jeS, d'observations, d'expérimen-tations, œ mayens icqlco-mathematIQues, coordonner les fllits pour parvenir àéliminer graduellement les biaiS subjectifs etilexprimer

œs

lOIS En d'autres termes 11 faut mroêliser Et c'est un long travllli Les esPrits chagrinS œplorent QUe tout mroêle est plus pauvre QUe la "real He" et Que ce type d'approche nUIt aux appréhenSIOns IntUitives et synthétiQUes OOnt ils se font les chantres Certes, mais si l'on veut parleràele "réalité" sur un mocle objectif,il n'y a pélS d'autre Issue QueàerecoUrlr

li

œs

mOOiles D'ailleurs SI l'OPInion que chacun se forme par Ilntuilion pouvait être tenue pour vraie, les eléves pourraIent bIen alors poser eux enseignants, et a Juste titre, III queslion QUe Socrale posaIt aux soptllstes ."Sinous ne faisons fausse route,nien agissant, ni en parlant,nien pensant, vous alors, eu nom œZeus! S'II en est ainSI, Qu'êtes-vous venus enseigner en qualité œ mailres?"