1. Mise au point du questionnaire

Les travaux didactiques sur les gaz ont permis de faire émerger un certain nombre de raisonnements utilisés par les élèves pour interpréter les situations mettant en jeu des gaz. De plus, ils font apparaître que ces raisonnements seront différents en fonction des situations (voir cadre théorique). Notre étude se propose de suivre l'évolution des connaissances des élèves, à la suite de l'enseignement sur les gaz. Ceci nécessite dans un premier temps de connaître les connaissances initiales des élèves, pour, dans un second temps, pouvoir suivre leur évolution. Pour cela, nous avons élaboré un questionnaire, dans lequel nous n'avons utilisé que des termes et des situations issues de la vie quotidienne ou qui du moins mettent en jeu des objets quotidiens. Ce choix, nous permet d'éviter que les élèves ne réutilisent des termes de la physique provenant des énoncés, et permet de voir le vocabulaire (physique ou quotidien) que les élèves utilisent spontanément pour décrire les propriétés des gaz. De plus, nous avons fait le choix de ne pas demander directement ces propriétés aux élèves, mais nous avons plutôt essayé d'étudier celles qu'ils mettent en oeuvre à travers les situations. Comme nous ne pouvons pas étudier toutes les propriétés des gaz, nous avons fait le choix de nous centrer sur certains aspects :

l'aspect particulaire, qui concerne l'utilisation des molécules par les élèves pour décrire les gaz.
la répartition des gaz, qui cherche à savoir comment les gaz se répartissent pour les élèves.
l'action des gaz, qui essaie de déterminer si les gaz agissent ou non pour les élèves.
la direction de l'action des gaz, qui essaie de savoir, lorsqu'ils agissent, la direction de cette action.
le caractère pesant des gaz, qui cherche à voir, si les élèves attribuent cette propriété aux gaz.

Lors de l'élaboration du questionnaire, nous avons choisi de tester chacun de ces aspects dans plusieurs situations, ayant des traits de surface les plus éloignés possible. C'est-à-dire en mettant en jeu des objets et des événements les moins ressemblant possible. Pour cela, nous nous sommes basés sur les travaux antérieurs en didactique de la physique (particulièrement Séré 1985 ; Chomat, Larcher & Méheut 1988 ; Stavy 1988 ; Méheut & Chomat 1990 ; Benson, Wittrock & Baur (1993) et Vince (2000)), et nous avons construit des situations utilisant les objets suivants : un ballon de foot gonflé, une pompe à vélo, un ballon de baudruche dégonflé posé sur une bouteille en fer, deux balles de ping-pong cabossées, quatre ballons de baudruche contenant des gaz différents et un verre rempli de boisson gazeuse. À l'exception du verre de soda, tous les objets sont des systèmes fermés contenant du gaz. Ce choix est lié au contenu enseigné dans la séquence, qui ne met en jeu que des situations utilisant des gaz dans des enceintes fermées.

Pour chacun des aspects testés, nous donnons un aperçu des situations matérielles, ainsi que des énoncés des questions :

L'aspect particulaire des gaz est testé sur l'ensemble des situations du questionnaire. Pour cela, nous avons laissé les élèves libres de répondre aux questions en se plaçant au niveau qu'ils souhaitaient.
La répartition des gaz est testée par quatre situations : le ballon de foot que l'on dégonfle, le ballon de baudruche posé sur une bouteille en fer que l'on chauffe, la pompe à vélo et les quatre ballons remplis de gaz différents. Chacune de ces situations demande de représenter le gaz sur des dessins, car ce registre sémiotique nous est apparu comme le plus approprié.
L'action des gaz est testée dans des situations utilisant des actions de natures différentes :

lorsqu'il n'y a pas d'action exercée sur le gaz, à travers la situation de l'air enfermée dans une pompe à vélo sans action dessus ;
lorsque la quantité de gaz diminue, à travers le ballon de foot que l'on dégonfle ;
lorsque le gaz est compressé, à travers l'air enfermé dans une pompe à vélo lorsque l'on appuie sur le piston ;
lorsque le gaz est ‘«’ ‘dépressé’», à travers la situation de l'air enfermé dans une pompe à vélo lorsque l'on tire le piston et qu'on le lâche ;
lorsque le gaz est chauffé, à travers deux situations, la première met en jeu un ballon de baudruche posé sur une bouteille en fer et la seconde utilise deux balles de ping-pong cabossées (l'une avec un trou et l'autre sans) que l'on met dans l'eau très chaude.

La direction de l'action des gaz est testée dans deux situations mettant en jeu de l'air enfermé dans une pompe à vélo. La première situation se déroule sans action sur la pompe et la seconde lorsque l'on appuie sur le piston de la pompe. Pour chacune de ces situations nous demandons aux élèves de choisir parmi plusieurs réponses possibles et de donner une explication justifiant leur choix.
Nous avons aussi testé le caractère pesant des gaz dans deux situations : le ballon de football que l'on dégonfle et un verre de boisson gazeuse dont les bulles s'échappent. Dans chacune de ces situations, les élèves doivent choisir parmi un ensemble de réponses possibles puis expliquer.

Ce questionnaire a été limité à 19 questions, afin qu'il puisse être réalisé par les élèves en moins de trente minutes. Le tableau 5.1 résume l'essentiel de ce questionnaire. De plus, les énoncés des questions sont disponibles dans l'annexe de l'analyse globale.

Tableau 5.1 : L'essentiel du questionnaire
Numéro de la question Énoncés des questions Nom abrégé
1.0 Faites quatre phrases en utilisant le mot air mot air
1.1 Faites quatre phrases en utilisant le mot gaz mot gaz
2.1 lorsqu'on joue au foot, il arrive que le ballon soit trop dur. Pour qu'il fasse moins mal tout en gardant la même forme, on le dégonfle un peu.
décrivez ce qui se passe lorsqu'on le dégonfle ?
ballon foot (Description)
2.2 À votre avis, une fois que le ballon sera un peu dégonflé, il pèsera : plus léger, plus lourd, la même chose expliquez ? ballon foot (masse)
2.3 Représentez l'air dans le ballon avant qu'on le dégonfle et une fois dégonflé ballon foot Schéma
2.4 Lorsque l'on dégonfle le ballon il devient moins dur, expliquez ? ballon foot Explication
3.1 On chauffe une bouteille en fer avec un ballon de baudruche dessus. Au bout d'un certains temps il se gonfle le ballon se gonfle. Expliquez le fait que le ballon se gonfle ? chauffe ballon E
3.2 Schématisez ce qui se passe chauffe ballon S
4.1.1 On bouche une pompe à vélo avec un bouchon, dans la position du dessin. À votre avis où l'air agit dans la pompe (Q.C.M) Expliquez ?
pompe sans action E
4.1.2 Représentez l'air enfermé dans la pompe ? pompe sans action S
4.2.1 On pousse maintenant sur le piston, en maintenant la pompe fermée avec le bouchon. À votre avis où l'air agit dans la pompe (Q.C.M) Expliquez ? pompe pousse E
4.2.2 Représentez l'air enfermé dans la pompe ? pompe pousse S
4.2.3 Est-ce que l'air agit sur les parois de la même façon dans les deux situations pompe (R agit)
4.3 Si on lâche le piston que va-t-il se passer ? pompe pousse/lâche
5.1 On prend quatre ballons de baudruche de même volume, remplis d'air, d'hélium, de gaz carbonique et d'hélium.
Si on appuie successivement de la même façon sur les quatre ballons de manière à les déformer. Si on lâche que va-t-il se passer pour chacun des ballons expliquez quatre ballons E
5.2 Représentez l'air, l'hydrogène, le gaz de ville et l'hélium dans chacun des ballons quatre ballons S
6.1 On jette dans de l'eau très chaude deux balles de ping-pong cabossées, l'une des deux balles est trouée (balle 2). Q.C.M sur la forme de la balle 1 Expliquez ping-pong 1
6.2 Q.C.M sur la forme de la balle 2 Expliquez ping-pong 2
7.1 On remplit un verre de coca-cola
À votre avis lorsque toutes les bulles seront parties, le verre pèsera : plus lourd, plus léger, la même chose expliquez verre coca