Université lumière-lyon II

Conclusion sur le rôle des éléments du milieu

Introduction

Cette partie propose de conclure sur le rôle que jouent les éléments du milieu dans l'évolution des idées des élèves. Compte tenu de nos hypothèses adoptées sur l'apprentissage, nous considérons que l'évolution des idées dépend des connaissances initiales des élèves et des éléments du milieu avec lesquels ils interagissent. Il est évident que l'apprentissage est beaucoup plus complexe que le modèle que nous proposons et qu'il dépend d'un nombre de facteurs plus importants. Néanmoins, nous proposons de conclure sur le rôle des éléments du milieu en gardant à l'esprit que d'autres facteurs sont probablement intervenus. Nous présentons séparément les rôles des échanges entre les individus, des expériences et des supports didactiques. Cependant, nous considérons que plusieurs éléments peuvent jouer simultanément un rôle sur l'évolution des idées des élèves.

1. Le rôle des échanges entre les individus

Nous présentons l'analyse du rôle des échanges entre les individus en faisant la distinction entre le rôle des élèves travaillant en groupe, celui des interventions du professeur et celui des autres élèves de la classe.

1.1. Les élèves travaillant en groupe

Au cours de la séquence d'enseignement sur les gaz, Anne et Ellen ont été amenées à travailler ensemble durant les TP et par groupe de quatre avec Marie et Adèle durant les cours en classe entière. Durant l'enseignement, les échanges entre ces élèves ont été très nombreux. À ce propos, il semble que les explications d'Anne aient permis à Ellen de construire un certain nombre d'idées "correctes" du point de vue de la physique, notamment d'établir le lien entre la quantité et le nombre de molécules, de construire la présence de l'air dans une enceinte ouverte, ainsi que de faire la distinction entre le volume et la quantité. Cependant, toujours à la suite des explications d'Anne, Ellen a adopté une définition du mot macroscopique "erronée" du point de vue de la physique, entraînant certaines difficultés pour répondre à quelques questions. Dans l'ensemble, l'apport d'Anne a été bénéfique pour Ellen, précisons qu'il a été, la plupart du temps, simultanément conforté par les expériences. L'apport d'Ellen au niveau des idées d'Anne semble moins important, cependant elle est à la base du nouveau lien entre la quantité et le volume. Il est intéressant d'observer que, pour ce lien, Anne et Ellen se sont aidées mutuellement. Ellen a aussi contribué à ce qu'Anne réutilise le lien "erroné" du point de vue de la physique, qui relie l'augmentation de la pression avec celle du volume. Cependant ce lien a été "corrigé" au cours d'une expérience utilisant un pressiomètre. Durant le travail en groupe de quatre, il semble que Marie ait contribué à ce qu'Anne emploie les mots gaz et air pour désigner la même chose (l'air contenu dans une seringue). En conclusion, il apparaît que les échanges entre les élèves ont eu un rôle important et le plus souvent bénéfique sur l'évolution des idées d'Anne et Ellen durant l'enseignement.

1.2. Les interventions du professeur

Durant l'enseignement Anne et Ellen vont réutiliser certaines idées de l'enseignante, notamment, le lien reliant la pression avec les chocs des molécules, ainsi que la définition du mot macroscopique. De plus, Anne reprendra "l'abstraction" expliquée par l'enseignante (voir l'analyse des aspects particulaires). Il est intéressant d'observer que ces idées sont apparues lorsque l'enseignante s'adressait à toute la classe : soit au cours de la correction au tableau pour l'abstraction et le lien entre la pression et les chocs des molécules, soit après qu'elle ait constaté une difficulté en passant dans les différents groupes d'élèves, pour la définition du mot macroscopique.

1.3. Les interventions des autres élèves de la classe

La correction est faite par l'enseignante en interrogeant certains élèves, puis en discutant les réponses avec le reste de la classe. Il apparaît qu'Anne et Ellen vont réutiliser certaines idées émises par les élèves interrogés durant la correction, notamment le lien entre la pression et les chocs des molécules et qu'Anne reprend l'idée des molécules concentrées sur les parois.

2. Le rôle de l'expérience

Durant l'enseignement, les élèves sont amenés à réaliser différentes expériences sur les gaz, nous présentons le rôle des expériences "simples" (c'est-à-dire sans appareil de mesure) et celui des expériences utilisant le pressiomètre.

2.1. Expériences "simples"

Il semble que les expériences utilisant la seringue sans le pressiomètre ont contribué à l'évolution de plusieurs idées d'Anne et Ellen. En effet, nous pensons que le fait de pouvoir percevoir indirectement l'air contenu dans la seringue en passant par le toucher a joué un rôle dans l'élargissement de la définition du mot macroscopique ainsi que dans la construction de l'idée que l'air agit. Cependant, il est apparu que cette expérience favorise aussi l'utilisation du mot pression comme l'action de pousser, ce qui ne correspond pas à la définition de la grandeur pression en physique. Il semble que la seringue a aussi joué un rôle lorsqu'Anne et Ellen ont établi la relation entre le volume et la quantité. Cependant, nous ne pouvons pas préciser les éléments perceptibles qui ont joué. Nous pensons que l'expérience, utilisant une seringue et une bouteille remplie d'air, a joué un rôle important pour Ellen lors de la construction de la présence de l'air dans une enceinte. En effet, pour convaincre Ellen de la présence de l'air dans la bouteille, Anne s'est appuyée sur des éléments perceptibles, notamment sur le fait que le piston remonte (vue) et que lorsque l'on enlève la seringue on entend un bruit : "pshhhh" (ouïe). En conclusion, il semble que les expériences "simples" de la séquence ont permis à Anne et Ellen de construire, à partir d'éléments perceptibles, plusieurs idées correctes du point de vue de la physique. Cependant, l'expérience de la seringue semble aussi favoriser l'utilisation du mot pression avec la signification de l'action de pousser.

2.2. Expérience utilisant le pressiomètre

Les expériences utilisant un pressiomètre semblent favoriser pour Anne et Ellen l'utilisation du mot pression avec le sens d'une grandeur. De plus, ces expériences ont permis d'établir des liens entre la pression et le volume d'une part, et entre la pression et la température d'autre part. Il est particulièrement intéressant de voir que l'expérience quantitative utilisant une seringue et un pressiomètre a permis à Anne et Ellen de modifier un lien "erroné" du point de vue de la physique, entre la pression et le volume. En conclusion, les expériences utilisant le pressiomètre et bien sûr les questions associées (comme nous le verrons ci-dessous), semblent favoriser, chez ces élèves, l'émergence d'idées correctes du point de vue de la physique

3. Le rôle des supports didactiques

Durant l'enseignement, les élèves sont amenés à utiliser différents supports didactiques. Nous présentons l'influence de ces différents supports sur l'évolution des idées, notamment le rôle que jouent la feuille de TP, le texte du modèle, la correction au tableau et le simulateur.

3.1. Feuille de TP

Il semble que les énoncés des feuilles de TP jouent un rôle sur le sens qu'Anne et Ellen donnent à certains mots. En effet, il apparaît que les énoncés demandant de mesurer la pression semblent favoriser l'utilisation du mot pression avec la signification d'une grandeur mesurable. De même, les énoncés utilisant simultanément les mots air et gaz semblent favoriser le fait qu'Anne attribue à ces deux mots le même sens. De plus, Anne et Ellen utilisent les molécules presque uniquement dans les questions demandant explicitement de les employer. C'est pourquoi, nous supposons que les énoncés conditionnent, en grande partie, l'utilisation d'Anne et Ellen des idées sur les molécules au cours de l'enseignement. Il semble que l'énoncé de la question P1A2Q1, utilisant deux registres sémiotiques, a permis à Anne d'établir le lien entre la quantité et le nombre de molécules.

De nombreuses questions de l'enseignement utilisent des registres sémiotiques différents (langue naturelle, schéma, formule, tableau de valeur...), nous avons pu notamment observer les difficultés d'Anne et Ellen lors de l'utilisation des valeurs de la pression et du volume dans un tableau, afin de déterminer parmi plusieurs formules, celle qui permet de rendre compte de ces deux grandeurs (voir question P2.2A1Qc). À travers les productions écrites d'Anne et Ellen, nous avons observé qu'elles établissaient certains liens entre des représentations appartenant à des registres sémiotiques différents. Cependant, nous n'avons jamais réussi à établir de lien entre l'évolution des idées d'Anne et Ellen et la mise en relation de registres sémiotiques différents.

3.2. Texte du modèle

La séquence d'enseignement utilise deux modèles différents, le premier donne une interprétation microscopique des gaz et le second s'appuie sur des grandeurs macroscopiques pour rendre compte de l'état d'un gaz. Nous présentons le rôle de ces modèles dans l'évolution des idées d'Anne et Ellen.

Le modèle microscopique

Au cours de l'enseignement Anne et Ellen construisent l'idée que la répartition des molécules est homogène. Il semble que le modèle microscopique a joué un rôle important dans cette construction, particulièrement la propriété G2, spécifiant que "les molécules sont très éloignées les unes des autres et se répartissent dans tout le volume qui leur est offert. Ce volume est limité par des parois, qui sont solides ou liquides". Nous avons aussi observé qu'Anne utilise l'idée que les molécules sont concentrées sur les parois. Il semble qu'Anne a élaboré cette idée en s'appuyant sur la propriété G2 du modèle microscopique des gaz. Il est intéressant de voir qu'à partir de la même propriété de ce modèle, Anne va construire deux idées différentes, l'une sera correcte du point de vue de la physique, l'autre pas.

Le modèle macroscopique

Au cours de l'enseignement, Anne et Ellen utilisent notamment que la pression est homogène et qu'elle est reliée à l'action du gaz. Il semble que ces deux idées proviennent du modèle macroscopique des gaz. Ceci montre l'influence de ce modèle sur les idées d'Anne et Ellen à propos de la pression.

3.3. Correction au tableau

Au cours de la séquence d'enseignement sur les gaz, l'enseignante fait surtout des corrections orales, en discutant les réponses de certains élèves avec le reste de la classe. Cependant, quelques corrections sont faites au tableau, elle envoie notamment des élèves écrire leurs réponses au tableau. Il ne semble pas que les corrections écrites au tableau jouent un rôle sur l'évolution des idées d'Anne et Ellen. En effet, Anne et Ellen ne semblent pas réutiliser des éléments provenant de la correction au tableau.

3.4. Le rôle de simulateur

Au cours de la séquence d'enseignement, les élèves ont utilisé un logiciel de simulation des gaz, qui permet en agissant sur les grandeurs macroscopiques de voir les effets au niveau microscopique. Cette partie s'est déroulée à la fin de la séquence pendant une dizaine de minutes. Durant l'utilisation de ce logiciel, il semble qu'Anne et Ellen ne parlent que des grandeurs macroscopiques et qu'elles n'utilisent à aucun moment les éléments microscopiques du modèle (mouvement, chocs...). Durant son utilisation, il semble que le logiciel n'influence pas les idées sur le comportement des molécules. En revanche, il semble contribuer en partie au lien établi par Anne entre la quantité et le volume. Compte tenu du temps d'utilisation par les élèves de ce logiciel, il nous est impossible de conclure sur son influence.

Conclusion

Dans cette partie, nous avons présenté l'influence que pouvaient avoir les différents éléments du milieu sur l'évolution des idées d'Anne et Ellen. Il apparaît que les mêmes éléments du milieu peuvent avoir des rôles très différents dans l'évolution des idées d'Anne et Ellen. De plus, le même élément du milieu peut donner lieu à l'évolution d'idées différentes chez la même élève (voir rôle du modèle pour Anne). Nous tenons à conclure sur le fait que la plupart des évolutions importantes au niveau des idées d'Anne et Ellen (comme l'évolution du lien entre la quantité et le volume ou de la présence de l'air dans une enceinte), semble dépendre simultanément de plusieurs éléments du milieu. Comme, par exemple, lors de l'évolution de l'idée d'Ellen sur la présence de l'air dans une enceinte, nous avons vu que ce sont les explications d'Anne et l'expérience, qui semblent êtres responsables de cette évolution.