VIII.1.10.3 Résultats essentiels

• Des élèves très démunis avant enseignement
  34% des élèves cochent la case "je ne sais pas" avant enseignement. Il ne sont que 2% à ne pas donner de réponse. On a donc plus d'un tiers des élèves qui affirment ne pas savoir répondre avant enseignement. Ce taux place cette question parmi celles qui laissent les élèves les plus démunis. Ceci peut signifier que ces élèves ne se sont jamais poser la question et/ou qu'ils estiment ne pas avoir les moyens d'y répondre (ni en restant au niveau du modèle ni en s'appuyant sur des situations empiriques).
  Ce pourcentage chute à 8% après enseignement (9,5% si on compte les non-réponses), avec une constance individuelle assez forte puisque les trois quarts de ces 8% affirmaient déjà ne pas savoir avant enseignement. Cette baisse permet de dire que l'enseignement apporte sur ce sujet des outils conceptuels pour répondre, ou pour tout au moins être capable de "manipuler" des objets du modèle.
  Ces pourcentages ainsi que ceux concernant les autres grandes tendances détaillées par la suite sont présentés dans le diagramme VIII.1-34 suivant :

  

  diagramme VIII.1-34 : question Q, évolution des différents types de questions

• Une description minimaliste avant enseignement : la mise en désordre des molécules
  Plus d'un cinquième (21%) des élèves mentionnent ou redessinent (le plus souvent) les particules en désordre. Nous considérons que les particules sont dessinées en désordre lorsqu'il n'y a aucun motif repérable dans leur organisation spatiale, y compris lorsqu'elles semblent dispersées sur une zone plus grande que la zone initiale. Comme nous l'avons déjà dit, le fort taux de réponses de ce type peut s'expliquer par la disposition très ordonnée des particules dans l'énoncé. La première idée qui peut ainsi venir à l'esprit est de rompre cet ordre, surtout si les élèves ont une représentation désordonnée et agitée des particules d'un gaz (ce peut être le cas pour certains, le sujet a été abordé au collège). Ce type de réponse est donc fortement contraint pas le choix de la représentation initiale et permet donc seulement de conclure que ces élèves pensent que le son va perturber l'ordre des molécules, en les agitant.
  Ces réponses sont beaucoup moins fréquentes après enseignement (10%). Plus exactement, si l'on retrouve l'idée de désordre des molécules, celle-ci est affinée et peut être accompagnée d'une autre idée sur le comportement des particules (en particulier le désordre peut s'accompagner d'un éparpillement et d'un déplacement vers la droite ou sur le côté). On constate donc une décroissance (ou au pire un aménagement) de l'idée "simple" de désordre
  Regardons justement la quantité et l'évolution des réponses qui évoquent un éparpillement sur les côtés (accompagné éventuellement d'un déplacement des particules vers la droite). Ces réponses sont formulées par 5% des élèves avant enseignement et seulement par 3% après, ce qui les rend relativement confidentielles. Signalons que ces points de vue se rapprochent de ceux qui peuvent être induits par le cadre conceptuel 2b (le son se répandant de façon radiale). Nous verrons que d'autres types de réponses (ce sera un des motifs particulier, relativement peu choisi également) peuvent s'inscrire dans ce cadre conceptuel.

• Les descriptions des déplacement ou des mouvements des particules.

  • Mouvements hors vibration
    Nous regroupons ici toutes les réponses qui décrivent un déplacement d'ensemble des particules ou le mouvement de quelques-unes (y compris parfois une seule d'entre elles), sans évoquer de vibrations ou de mouvements d'aller-retour des particules. L'ensemble de ces réponses représente 16% des réponses avant enseignement et 10% après. Les deux réponses typiques les plus courantes sont :

  • déplacement des particules vers la droite (déplacement d'ensemble). Cette description est le pendant microscopique du raisonnement en "courant d'air". Ces réponses sont citées dans 6,5% des cas avant et dans 4% après. Une variante citée 4 fois avant enseignement ne met en mouvement que les particules dans l'axe du haut-parleur ;

  • déplacement ou mouvement des particules sans autre précision et sans schéma. Cette réponse est donc extrêmement peu précise et aurait très bien pu être classée dans certains cas dans la catégorie "désordre" en étant précisée un peu plus (on ne sait pas si c'est un mouvement d'ensemble ou un mouvement local). Cette seule évocation du mouvement des particules représente assez peu de réponses (4,5% avant, 1% avant).

  • Les autres descriptions ne dépassent jamais 7 occurrences, ce qui peut paraître surprenant, en particulier pour la réponse qui évoque le mouvement en relation avec les chocs des particules (5 occurrences avant enseignement, 7 après) dont on donne deux exemples ci-dessous (FigureVIII.1-1).

  

  Figure VIII.1-1 : exemples (assez rares) de schéma indiquant un mouvement vers la droite résultant de chocs

  On voit donc que ces réponses, même si elles peuvent paraître assez différentes les unes des autres ne font que mentionner le mouvement des particules sans évoquer d'aller-retours et ne sont finalement pas si éloignées des réponses ne mentionnant que le désordre. Elles sont caractérisées par une description des particules dans leur ensemble : toutes les particules (ou un groupe de particules) ont un mouvement dans un sens donné et se comportent globalement de la même façon à un instant donné.
• La vibration des particules peu citée mais en progression
  Le phénomène de vibration attribué aux particules n'est pas facile à décrire dans la mesure où au cours du temps, le changement de sens des particules doit être décrit. De plus, dans certaines descriptions, les particules n'ont pas toutes un déplacement synchrone par rapport aux autres.
  Au total le pourcentage d'élèves mentionnant la vibration des particules passe de 4% à 14%, les redoublants contribuant pour moitié avant enseignement.
  La vibration des particules est souvent évoquée dans le savoir à enseigner et c'est en tout cas un élément essentiel du modèle que le groupe SOC propose à ce sujet. La mention des vibrations de particules peut donc provenir de différentes "observations" faites durant le cours de sciences physique :

  • le transfert aux particules du comportement de l'émetteur : il est alors possible d'imaginer par exemple des mouvements vibratoires des particules dans leur ensemble (toutes les particules en phase) ;

  • le transfert aux particules du comportement de certains "objets" utilisés pour illustrer le phénomène de propagation. Dans ce cas, comme la plupart des analogies macroscopiques (cf. chapitres II et III) sont des ondes transversales (vagues, corde de Melde, échelle de perroquet...), la vibration des particules serait plutôt verticale. Nous allons voir que les vibrations verticales sont quasiment inexistantes, ce qui laisse penser que ce genre de transfert n'a pas lieu. Par contre, le recours à des analogies peut avoir des effets autres que la vibration verticale, comme le montre l'exemple ci-dessous (figure VIII.1-2) ;

  

  figure VIII.1-2 : question Q, exemple de lien explicite avec les ondes à la surface de l'eau

• le transfert aux particules d'événements macroscopiques illustrant le non déplacement global de matière (expérience de la bougie par exemple) : vibration d'ensemble ou individuelle des particules ;

• l'utilisation du modèle microscopique proposé par l'enseignement (celui du groupe SOC ou éventuellement un autre). Il pourra par exemple dans ces conditions être fait mention de chocs, ou de zones comprimées et dilatées. Avec les données dont nous disposons, nous n'avons pas la possibilité de connaître le type de processus qui conduit l'élève à évoquer la vibration des particules. Nous pouvons néanmoins détailler quelque peu la proportion relative de certains types de réponses :

• seulement 6 élèves avant enseignement (dont 1 redoublant) et 2 après se contentent d'écrire en langage naturel que les molécules vibrent sans faire de schéma. On voit donc que pour indiquer la vibration, le schéma est un recours pratique, même si la description d'un phénomène forcément dynamique n'est pas toujours évidente et oblige à quelques conventions sémiotiques que nous avons tenté de prendre en compte au mieux ;

• un seul élève après enseignement dessine des vibrations verticales. Tous les autres schématisent des vibrations horizontales ;

• 3 élèves redoublants schématisent des vibrations horizontales avant enseignement. Nous donnons un exemple ci-dessous ;

  

  figure VIII.1-3 : question Q, exemple de représentation de la vibration horizontale des particules

• après enseignement, ils sont 30 (12%) à donner un mouvement de vibration horizontale à chaque particule, dont environ la moitié explicitent les chocs qui accompagnent ce mouvement ;

• enfin, 3 élèves dessinent après enseignement un mouvement de vibration sur l'ensemble des particules. Ceci peut être le signe d'un mouvement de vibration d'ensemble (et synchrone). On donne un exemple ci-dessous :

figure VIII.1-4 : question Q, exemple de représentation d'une vibration d'ensemble

On voit donc que l'essentiel de ces réponses après enseignement concerne des vibrations attribuées aux particules, horizontales, avec ou sans chocs. Nous en donnons deux exemples ci-dessous (figure VIII.1-5) :

figure VIII.1-5 : question Q, exemples de représentations des vibrations horizontales des particules

Si la progression des réponses en terme de vibration est importante (de 4% à 14%), il est en revanche assez surprenant de constater le relativement faible nombre d'élèves (36) donnant ce type de mouvement (et/ou le citant) après enseignement. Rappelons en effet que pour des questions concernant la création sonore ou la nature du son (I et N en particulier) le concept de vibration est invoqué plus largement.

Nous allons voir qu'il est cependant possible d'expliquer en partie ce point par la présence importante après enseignement d'un autre type de réponse.

• L'alternance de zones comprimées et dilatées : une progression majeure.
  L'utilisation d'un modèle, ou de façon plus large du contenu enseigné (la représentation a pu être rencontré dans le livre de classe), se manifeste surtout dans la représentation, largement prédominante après enseignement de l'alternance de zones où les "tranches" de molécules sont resserrées et de zones où elles le sont moins. Évidemment, les dessins sont plus ou moins précis, plus ou moins explicites, mais nous avons regroupé toutes les réponses allant dans ce sens. Au total, si ce point de vue est rare avant enseignement (5 élèves dont 4 redoublants !), il devient largement répandu après enseignement puisqu'il est partagé par 102 élèves (41%). C'est donc ici une progression exceptionnelle et ceci constitue le fait majeur concernant cette question.
  Bien entendu, ce type de représentation n'est pas forcément révélateur d'une compréhension de ce qu'il se passe dynamiquement. Rien n'indique en particulier que tous les élèves répondant de cette façon pensent que les particules effectuent des mouvements d'aller-retour. Nous avons cependant davantage d'informations pour certains élèves qui, en plus du dessin, explicitent leur point de vue soit en précisant par exemple que le déplacement du motif se fait sans déplacement de matière et/ou de proche en proche. Nous avons compté ces réponses plus explicites qui dénotent généralement une certaine compréhension du phénomène : nous obtenons (après enseignement) 17 réponses de ce type (sur 102).
  Nous donnons ci-après (figure VIII.1-6) quelques exemples qui illustrent d'une part la variété des représentations utilisées pour cette idée, d'autre part la présence ou non de commentaires.

  

  figure VIII.1-6 : question Q, exemples de représentation de zones comprimées et dilatées

  Signalons enfin qu'on ne peut rien dire de spécifique au sujet des types de réponses fournies avant enseignement par les 102 élèves répondant en terme de compressions par rapport au reste de la population. Ils se répartissent comme les autres avant enseignement entre "je ne sais pas" (38%) et "particules en désordre" (19%).
• Les motifs dessinés
  Nous signalons également certaines réponses, que nous pouvions attendre a priori, qui consistent à représenter les particules dans une configuration particulière. Les représentations de motifs particuliers dont nous donnons quelques exemples ci-après, tout type confondu, chutent de 12% avant à 5% des réponses après enseignement. Ceci n'est pas étonnant dans la mesure où ces réponses sont souvent l'expression de l'imagination des élèves, imagination qui s'exerce mieux avant enseignement. Cependant, certains motifs révèlent des conceptions initiales probablement assez générales sur ce qu'est le son et sur la façon dont il se propage.

  • Motif concentrique, type "front d'onde sphérique"

    

    figure VIII.1-7 : question Q, exemple de motif concentrique

    Il est intéressant de noter que cette représentation correspond un aménagement "particulaire" de la représentation "en surface d'onde" que nous avons évoquée au chapitre I, de même que la suivante est une accommodation de la représentation particulaire à la représentation radiale déjà évoquée.
  • Motif radial

    

    figure VIII.1-8 : question Q, exemple de motif radial
  • Motif sinusoïdal
    Cette représentation assez commune du son est ici importée dans le cas microscopique.

    

    figure VIII.1-9 : question Q, exemple de motif sinusoïdal
  • Particules qui s'écartent pour laisser passer le son
    On retrouve ici un aspect matériel du son qui semble pousser les particules pour pouvoir passer.

    

    figure VIII.1-10 : question Q, exemple de schéma représentant le son poussant les particules sur le côté
• Des réponses très marginales
  Citons enfin les points de vue qui ne sont quasiment pas cités :

  • le son qui passerait à travers les particules, ces dernières étant passives (5 avant)

  • changement du nombre de particules (1 avant, 3 après)

  • changement de la taille des particules (1 après)