Comprendre pourquoi ils ne comprennent pas

 Jean-Louis Closset

Le 04 décembre 2009

Une interrogation d’enseignants universitaires de physique, dans le milieu des années 70, à propos de leur enseignement  est à l’origine de la didactique de la physique en Europe.

 Prendre son enseignement comme objet de 

recherche, et même de recherche fondamentale, pour comprendre pourquoi ils 

ne comprennent pas.

Un précurseur : Gaston Bachelard écrivait en 1938 :

« J’ai souvent été frappé du fait que les professeurs de sciences, plus encore que les autres si c’est possible, ne comprennent pas qu’on ne comprenne pas »

et« Quand il se présente à la culture scientifique, l’esprit n’est jamais jeune. Il est même très vieux, car il a l’âge de ses préjugés »

L’enfant,  puis  l’adolescent  et  même  l’adulte construisent  un  savoir  « commun »  qui  se  veut explicatif et prédictif du phénoménal mais qui :

•est basé sur un nombre trop restreint d’observations limitées au vécu quotidien;•est sans cesse renforcé par ce vécu quotidien pour lequel il est efficace;•est totalement implicite dans sa construction et dans son fonctionnement;•est mononotionnel et a tendance à être substantialiste;•devient rapidement non questionnable•fait obstacle à l’enseignement;

Le savoir commun résiste même à l’expérience.

« L’électricité enrichie par les travaux de tant de physiciens distingués, semblait être arrivée au terme où une science n’a plus de pas important à faire et ne laisse à ceux qui la cultiveront par la suite que l’espoir  de confirmer les découvertes de leurs prédécesseurs et de répandre un plus grand jour sur les vérités dévoilées » (Haüy, 1803) « Les nouvelles recherches qui restent à faire pour dissiper le nuage encore répandu sur cette partie de la science, ne peuvent avoir pour résultat d’établir une distinction essentielle entre le galvanisme et l’électricité, mais seulement de concilier l’électricité avec elle-même » (Haüy, 1803)

Depuis l’origine :

Courants antagonistes

La science de l’électricité au XVIIIème siècle envisageait déjà deux fluides électriques : le fluide vitré ou positif et le fluide résineux ou négatif. Les expériences d’Oersted en 1820 se font évidemment en circuit fermé. Mais dans ses explications Oersted reporte la causalité sur les deux pôles en parlant du « conflit électrique ». A partir de 1820, les travaux d’Ampère : propriétés communes à la pile et au conducteur de connexion. Mais les pôles de la pile reste considérés comme des sources indéfinies d’électricités contraires (Pouillet 1828).

Les populations

E1 : fin de secondaire et première candi avant enseignement E2 : Ière candi Ingénieur Civil , Ière candi sciences, Ier DEUG SSM et Ier DEUG SNV E3 : les spécialistes : 2ème DEUG SSM UV d’électronique, Maîtrise de physique, 2ème candi agro

A/ L’intensité de courant dans la portion CD est-elle plus grande, plus petite ou égale à l’intensité de courant dans la portion CE ?B/ L’intensité de courant dans la portion FI est-elle plus grande, plus petite ou égale à l’intensité de courant dans la portion HI ?

E1N=47

E2N=52

E3N=59

CD < CEet

FI < HI

36 % 57% 76

CD = CEet

FI < HI

51% 37% 15%

E1/ Dans CD et dans CE, on ne voit pas encore se marquer la différence qu’il y a entre R et r.E2/ L’intensité du courant sera divisée en deux car les courants n’ont pas encore traversé les résistances R et r pour qu’ils puissent changer.E3/ Il n’y a aucune raison pour que l’intensité soit plus grande dans une portion (CD ou CE), car il n’y a aucune résistance qui intervient.

A/ l’ampoule 1 va-t-elle briller aussi fort, plus fort ou moins fort que l’ampoule 2 ?

On augmente la valeur de la résistance

B/ l’ampoule 1 va-t-elle briller aussi fort, plus fort ou moins fort qu’avant ? C/l’ampoule 2 va-t-elle briller, aussi fort, plus fort ou moins fort qu’avant ?

E1N=91

E2N=52

E3N=96

1 =21 – fort2 - fort

20% 31% 80%

1 > 21 = fort2 - fort

52% 52% 10%

Les commentaires

E1/ Pour atteindre l’ampoule 2, le courant doit franchir une résistance qu’il ne doit pas franchir pour atteindre l’ampoule 1.E3/Si R augmente, il y aura encore moins de courant qui passera et l’ampoule 2 brillera encore moins fort.E2/Pour satisfaire la loi V=RI, si le potentiel reste constant et que la résistance augmente, l’intensité ne peut que diminuer, donc l’ampoule deux brillera moins.

C1 est identique à C2. On ferme le circuit. Un des condensateurs sera-t-il chargé avant l’autre ?

E1N = 44

E2N = 82

E3N = 43

E3N = 54

C1 avant C2

68% 33% 53% 4%

C1comme

C2

22% 57% 40% 83%

Commentaires

Une fois que C2 est chargé, le courant en excès va pouvoir passer pour gagner la résistance qui, elle-même, après avoir satisfait son besoin en courant pour fonctionner va laisser le courant à C1 qui se chargera en fin de compte.

La partie du circuit cachée par la boite noire peut comprendre des piles et des ampoules.On voudrait que l’ampoule 1 brille aussi fort que l’ampoule 2Est-ce toujours le cas, jamais le cas ou seulement pour un ou des circuits particuliers dans la boite noire et dans ce cas lesquels ?

E1N = 58

E2N = 83

E3N = 42

E3N = 60

Toujours le cas

36% 48% 33% 67%

Conditions sur piles, ampoules

52% 46% 43% 33%

Commentaires

E2/ Comme l’ampoule 2 brillera moins que l’ampoule 1, l’intensité est plus faible : il suffirait dans la bite noire, d’ajouter une pile qui compenserait la perte de flux d’électrons due à la première ampoule E2/ Tant que la boite noire ne contient pas un condensateur, 1 brille comme 2.

On augmente la valeur de R1 ; on constate que la tension mesurée par le voltmètre augmente aussi.Pourquoi ?

E1N = 52

E2N = 49

E3N = 37

Justification correcte

2% 4% 16%

UR = RI

I = constSi R +, UR +

33% 61% 76%

Divers séquentiel

25% 4% 3%

E3/ Le courant est le même dans les deux cas. V = RI, une augmentation de R, provoque une augmentation de VE1/ U = RI. Par la loi d’Ohm, on remarque que V est proportionnel à la valeur de R puisque I est fixé, étant donné G.

Commentaires

Newton revu et corrigé par les étudiants

F = kv L’expérience quotidienne montre que pour maintenir un corps dans son état de mouvement uniforme, il faut agir sur lui avec une force constante proportionnelle à la vitesse du corps.

Un jongleur joue avec 6 balles identiques. A l’instant t les six balles sont en l’air à la même altitude, sur les trajectoires indiquée en pointillé sur la figure.

Les forces s’exerçant sur les six balles à ce moment sont-elles toutes les mêmes ou certaines sont-elles différentes ?

Forceségales

Forces différentes

E1 39% 55%E2 (France) 58% 42%

E2 (Belgique)

44% 54%

Commentaires

• Les forces sont différentes puisque les vitesses le sont ».

• La force qui s’exerce sur chaque balle est F=mg. Les balles étant identiques, c’est g qui varie.

Pour V1, g est positive, la balle continuera à monter.Pour V2, g est nulle, la balle redescendra.

Le capital de force

« La force que lui a imprimée le bonhomme diminue de plus en plus. En haut elle est compensée complètement par la pesanteur et puis ça redescend »

On a compris pourquoi ils ne comprennent pas.

Mais ils ne comprennent toujours pas.